Курс лекций по "Авиации и космонавтике"

          Управляемые аэростаты: становление дирижаблестроения

Изобретатели стали работать над проблемами создания управляемого аэростата, т.е. дирижабля (от франц. управляемый). Задачи:

- снабдить аэростат движителем, обладающим достаточно малым удельным весом;

- установит на аэростате движитель

- уменьшить сопротивление воздуха в направлении полета

- обеспечить аэростат органами управления

Решение некоторых задач было нйдено из опта кораблестроения и так же из опыта морского дела.

Первый проект управляемого аэростата создл в 1784 году французский инжинер Ж. Менье. Он предложил применять для движения аэростата воздшные винты, а для управления- руль.

Первый проект управляемого аэростата российскому правительству был предложен немецким изобретателем Ф. Леппихом в 1812 году. Но в итоге аппарат не смог лететь против ветра и работа по создания аэростата оказалась  безуспешной.

  Начало 20 века ознаменовалось широким распространением паровых машин. Это привело к мысли о возможности применения паровой мшины для движения аэростата.

В Россию идею применения парового движителя на эростате впервые выдвинул в 1851 изобретатель Н. Архангельский,Русски инжинер Д. Черносвитов в 1857 в урнале "Морской сборник" опубликовал проект управляемого аэростатас паровй машиной и винтовым движителем- пропеллером.

  Успешный опыт применения боевых ракет побудил изобретателей к разработке реактивных летательных аппаратов.  Капитан И. Третесский в 1849 разработал проект реактивного дирижабля, у которого реактивнх эффект достигался за счет истечения газов через специальное сопло под давлением не менее 6 атмосфер.

  Эту конструкцию через 33 года осуществил Цеппелин в своих дирижаблях.

Во второй половине 20 века в России начинают возникат общественные научные организации, игравшие большую роль в развитии воздухоплавания и отечественной авиации.

В 1866 было основано Русское техническое общество, а в 1880 по инициативе Менделеева начинает издаваться специальный журнал "Воздухоплаватель".

Расцвет дирижаблестроения начался с появлением надежных легких и дотаточно мощных двигателей внутреннего сгорания и пришелся на начало 20 века. Развитие дирижаблей шло по трем конструктивным направлениям: мягкие, полужесткие и жесткие. Мягкие называют "парсевалями", полужесткие "лебоди",жесткие "цеппелин".

В 1908 в учебном воздухоплавательном парке был  построен по мягкой схеме первый русский дирижабль "Учебный". Полужесткий дирижабль "Комиссионый", его первый полет 17 июля 1909. Испытания прошли успешно и дирижбль, переименованный в "Кречет" был передан армии.

Дирижабли жесткой схемы в России не строилилсь и поэтому страна была вынуждена покупать дирижабли заграницей- в основном у Франции и Германии.

К 1914 все страны- будущие участники первой мировой войнырасполагали кадровыми воздухоплавательными частями, имевшие на вооружении привзные аэростаты и дирижабли, которые подразделялись на малые и большие.  В России имелось 15 дирижаблей и 46 змейковых аэростатов. По числу дирижаблей Россия вместе с Францией разделяли второе место в мире после Германии.

Первые попытки разработки и создания

летательных аппаратов тяжелее воздуха

Первые создатели пытались создать летательный аппарат тяжелее воздуха тремя основными путями

1. создать ЛА с машущими крыльями

2. проектирование винтокрылых летательных аппаратов

3. создание ЛА с фиксированным (неподвижным) крылом.

   Впервые идею созда ЛА с машущими крыльями высказал английский ученый Роджер Бэкон, затем, 2 века спустя. Леонардо да Винчию.Но многие идеи ученого в области теории и практики механического полёта остались на много столетий захороненными и получили широку известност лишь в конце 19 века.

В России во второй половине 19 века не прекращались попытки решить проблему полёта, подражая птицам.

В начале 19 века выдвинуи идею резиномотора (резиноаккумуляторного двигателя), который вскоре стал основным типом авиамодельного двигателя. Первое упоминание встречается в рукописях Д. Кейли (1853).

В 1870 А. Пено усовершенствовал резиномотор, заменив растянутую резину закрученной. Четыре года спустя он создал и успешно испытал небольшую модель орнитоптера с резиномотором. 

В конце 15 века Леонардо да Винчи впервые нарисовал прототип вертолета- геликоптер. Но первая документированная разработка ЛА тяжелее воздуха была выполнена Ломоносовым. В 1754 он посторил модель геликптера.  Он сделал первую в истории практиескую попытку применить архимедов винт для полета.

Однако изобретателем геликоптера считают француза Пауктона, который на 14 лет позже Ломоносова сконструировал небольшой геликоптер.

Так же рабты с винтокрылыми велись и в России. Основная проблема, стоявшая тогда перед изобретателями, заключалась в разработке двигателя с малым удельным весом для более энергоёмкого , по сравнению с самолетом, вертолета.

Еще одной проблемой приразработке винтовых аппаратов было создание теории несущих винтов. Степаном Карловичем Джевецким были заложены основы теории "элементы лопасти", которая на протяжении многих лет являлась для конструкторов вертолетов главным руководством по выбору параметров несущих винтов.

                     ЗАРОЖДЕНИЕ АВИАЦИИ И АВИАЦИОННОЙ НАУКИ

* Становление авиационной науки в России

Развитие воздухоплавания и идеи полета в России было тесно связано с созданием и становлением авиационной науки. Российские ученые и изобретатели изучали движение тел в пространстве. Аэродинамики как науки тогда еще не существовало.  Назревшая потребность в той области знаний побудила учных того времени заняться исследованием проблем аэродинамики.

В 18 веке вопросами воздухоплавания начал заниматься М. В. Ломоносов. Его работы были связаны с исследованием воздушных явлений. Он построил метеорологическую обсерваторию с с самопишущими приборами. В своем исследовании ченый пришел к выводу о наличии нисходящих и восходящих потоков воздуха. Для проверки этой идеи ученый спроектировал и постриол геликоптер. Ломоносов, создавая основы метеорологи, одновременно с этим разрабатывал основы аэродинамики. возникшей как наука только в конце 19 века.

Михаил Александрович Рыкачев (1840/41- 1919), моряк по профессии, академик и директор Главной физической обсерватории. В 1869 он подимался на воздушном шаре для метеорологических наблюдений. Рыкачев в 1871 опубликовал статью "Первые опыты над подъемной силою винта. вращаемого в воздуха". Он нашел способ определения подъемной силы вращающего винта.

Рыкачев один из первых русских ученых, который серьезно изучал сопротивление воздуха с целью построения геликоптера для подъема человека.

Одновременно с Рыкачевым аэродинамическими исследованиями занимался Дмитрий Иванович Менделеев. Ученый придавал большое значение эксерименту, и в особенности опытам в искусственном потоке воздуха.

Менделеев установил, что физические свойства газов изменяются в зависимости от температуры и различного давления. Он ришел к выводу, что трение жидкостей- ваный элемент сопротивления, им детально были разраотаны вопросы сопротивления среды в условиях падения тел. Так же Дмитрий Иванович верил в конечную победу аэропланов, считая, что они имет "наибольшую будущность".

Огромный вклад в теорию полета внес гениальный русский ученый Никлай Егорович Жуков (1847-1921), основоположник отечественной аэродинамики. Он исследовал задачи о обратимости движения, о форме судов, о парении птиц, об устойчивости движения самолета, об аэроднимаческих силах, действующих на самолето методах аэроднимаческого экспиремента. В 1890-91 жуковский установил основыне формы продольных движений самолета. В 1902 он посторил аэродинамическую трубку. Особая заслуга состоит в том, что он сумел опытные наблюдения соединить с математической разработкой точной теории , введя понятие "присоединенных вихрей", ученый смог объяснить причину возникновения подъемной силы крыла.

Возникновение ародинамики как науки и теории авиации принято считать со времнем открытия Жуковского закона о подъемной силы, им были расчитаны различные фигуры полета, в том числе "мертвая петля".

В 1919 по инифиативе Никлая Егоровича  в Москве был создан авиационный техникум.

В конце 19 века с Жуковским стал  работать его ученик Сергей Александрович Чаплыгин (1869-1942), внесший серезный вклад в российскую школу аэродинамики. В 190 Чаплыгин написал работу "О газовых струях", которую защитил как докторскую диссертацию. В ней он обосновал законы , управляющие скоростным полетом.

Небходимо отметить вклад Консантина Эуардовича Циалковского(1853-1935) в авиционную науку. Он разработал проект дирижабля с металлической оболочкой, построил первую в России аэродинамическую трубу с открытой рабочей частью, а так же разработал  методику экспиремента в ней.

Циалковский много работал над созданием теории полета рреактивных самолетов, изобрел свою схему газотрубного двигателя. Он стал основоположником новой науки о полетах- ракетодинамики. Им впервые была решена задаа посадки космического аппарата на поверхност планет, лишенных атмосферы. Так же он счтается основоположником тоерии межпланетных сообщений.  Его труды значительно способствовали развитию ракетной и космической техники в СССР.

За особы заслуги Циалковский был награжден орденом Трудового Красного Знамени.

Большой вклад в развитие авиационной науки внесли А.Н. Туполев, В.П. Ветчинкин, Б.С. Стечкин, В.В. Юрьев  др.

         Творческие поиски изобретателей в области создания самолета

Попытки создания ЛА тяжелее воздуха с фиксиованным крылом сопровождались изучением механизма полёта птиц. Впервые теоретические основы плета самолета были разработаны английским ученым и изобретателем Джорджем Кейли. Он, по-существу, описал описал классическую схему аэроплана. 

В

1804 он построил модель планера с крестообразным управляемым востовым оперением и скользящим грузом в носовой части для изменения положения центра тяжести .

Кейли стал основороложником научного подхода к проектированию самолетов.

Последователем Дж. Кейли был английский изобретатель Уильям Самюэль Хенсон (1805-1888), создавший детально разработанный проект аэроплана. В своем проекте он предложил конструкцию самолете-монопланас крылом большого удлинения. Хенсон предпологал выполнять взлет аппарата по специальной наклонной эстакады.

Около 20 лет (1857-1874)над проектом аэроплана работал французский морской офицер Феликс дю Тампль вместе со своим братом инжинером-механиком.Они строили модели самолета с часовыми пружинами, а заем аппарат весом около 200 кг с паровой машиной большой мощности.

В 1858 в качестве двигателя летающих моделе впервые был применен резиновый шнур.

К 1870-71 относятся опыты М.А. Рыкачева по исследованию тяги моделей врздшных ментов, риводимых во вращение часовой пружиной  или падающей гирей.

Впервые в России принципы проектирования ЛА тяжелее воздуха с неподвижным крылом были разработаны А.В.  Эвальдом, кторый на основе изучения полета птицпредусмотрел почти все необходимое для полёта самлета- крыло, пропеллер, форму, обеспечивающую малое лобовое сопротивление, установочный угол атаки крыла, органы управления, поперечное V крыла.

Изучение планирующего и парящего полетов птиц показао так же возможность полёта на безмоторном аппарате тяжелее воздуха- планере. Планеризм сыграл большую роль в создании самолета, поскольку  до начала 20 века из-за отсутствия достаточно совершенных двигателей единственно возможным типом летательного аппарата тяжелее воздуха являлся планер. Первое В России ооснование возможности полёта на планере было выполнено доктором медицины Н.А. Арендтом. В 1888 он издал брошюру "О воздухоплавании, основанном на принципах парения птиц", в которой доказывал возможность парящего полета.

Первые технические проекты самолетов были разработаны в середине 1860-х артиллерийским офицером Н.А. Телешовым. Его проект предусматривал создание многоместного самолета с паровым двигателем. Так же он первый предложилприменить реактивный двигатель на самолете.

В 80-90-е года 19 века внимание первых авиаконструкторов привлек двигатель внутреннего сгорания. Вскоре он стал основным типом авиационной силовой установки.

Несмотря на отсутствие материальной и моральной поддержки со стороны государства, в конце 19-нач. 20 веков один из проектов самолетов все же был воплощен в жинь. Самолет построил на свои средства член воздухоплавательного отдела Е. С. Федоров. На этом самолете впервые  истории отечественного самолетотроения был установлен двигатель внутреннего сгорания, применена схема полиплан, употребленено крыло большого удлинения с искревленным профилем. Но в целом, эта констркция была менее прогрессивна, чем у Можайского.

Таким образом, в 19 веке ученые и изобретатели не прекращали поиска путей решений проблемы полета аппаратов с неподвижным крылом. 

            А.Ф. Можайский - создатель первого отечественного самолета.

Талантливый русский изобретатель Александрович Федорович Можайский (1825-1890) первый в мире создал самолет в натуральную величину, способный поднять в воздух человека. Он изучил труды своих предшественников, развил и дополнил их, используя свои теоретические знания и практический опыт.

Проверяя свои выводы и наблюдения на практике, Можайский проиводил опыты в двух направлениях: с одной стороны, он работал над винтами, которые должны были создават самолету тягу в воздухе, с другой,- над моделями самолетов.

в 1876 он построил первую летающую модель самолета. Опыты Можайского над большим воздушным винтом, приводимые в движение паровой машиной, были первыми в мире опытами такого порядка.

В результате новых проведенных исследований Можайский пришел к выводу, что можно использовать сопротивление воздуха для создания подземной силы.

В 1877-78 можайский разрабатывает проект самолета. В 1880 он обратился в департамент с просьбой о выдаче ему патента на изобретенный им "воздухолетательный снаряд". Это был первый в россии момент на летательный аппарат.

Самолет имел три четырехлопастных винта и два руля-горизонтальный и вертикальный,были установлены три паровые машины. Испытания состоялись в 1883 году. При испытаниях самолет потерпел аварию.

Александр Федорович Можайский был талантливым котором в создании первого натурального самолета и патриотом своей Родины. Его имя сегодня широко известно. Город Дудергоф, вблизи которого проходили испытания самолета Можайского, носит название Можайский. В Ленинграде Академия Воздушного флота была названа его именем.