ЧТО ТАКОЕ САМОЛЕТ И КАК  И ПОЧЕМУ ОН ЛЕТАЕТ?

Самолет является самым распространенным летательным аппаратом. Самолет в отличие от планера имеет источники тяги — мотор и винт.

Существует очень много типов самолетов. Они отличаются не только формой, размерами и весом, а также целым рядом других признаков. В зависимости от назначения самолеты раз­деляются на военные и гражданские. Главные типы современ­ных военных самолетов таковы:

Истребители —самолеты воздушного боя, предназ­наченные уничтожать самолеты противника в воздухе. Поэтому они обладают большой скоростью и маневренностью.

Штурмовики — самолеты, нападающие с воздуха на войска противника, его танки и артиллерию. Штурмовик должен быть сильно вооружен и бронирован.

Бомбардировщики — самолеты, сбрасывающие бомбовой груз на войска противника, его укрепления, аэродромы, военно-промышленные предприятия, железнодорожные узлы в тылу противника. Бомбардировщики, в зависимости от назначения, бывают двух- и четырехмоторными, в отдельных случаях шестимоторцыми. Истребители и штурмовики строят одно- и двухмоторными.

Самолеты гражданской авиации перевозят пассажиров, почту и грузы. Их используют для борьбы с вредителями сель­ского хозяйства, тушения лесных пожаров, аэрофотосъемки и т. д.

К гражданской авиации относится и спортивная. Помимо деления авиации на гражданскую и военную, авиа­ция делится на сухопутпую и гидроавиацию (морскую). Гидро­самолеты имеют для посадки на воду поплавки или корпус в виде лодки.

Самолет, имеющий два крыла, расположенных одно над другим, называется бипланом, самолет с одним крылом назы­вается монопланом.

По типу двигателей (моторов) различают самолеты с порш­невыми (бензиновыми или дизельными) моторами, вращаю­щими воздушный винт, и самолеты с реактивными двигателями, сила тяги которых создается в результате реакции (отдачи) струи газов, вытекающей из сопла такого двигателя. Появление реактивных двигателей открыло перед авиацией новые возможности, и недалеко то время, когда реактивные самолеты достигнут невиданных в наши дни скорости и высоты полета. Самолет — сложная машина, состоящая из большого количества от­дельных, хорошо слаженных деталей. Детали эти группируются в пять основных частей самолета: фюзеляж, крыло, хвостовое оперение, авиационный мотор (двигатель) и шасси (рис. 109).

Фюзеляж — корпус самолета, в котором размещаются в спе­циальной кабине люди, различные приборы и грузы. К фюзеляжу прикреплены крыло, хвостовое оперение, мотор и шасси. Обычно фюзеляж имеет плавную, каплевидную форму.

Крыло является самой необходимой частью самолета, соз­дающей при его движении в воздухе подъемную силу, поддерживающую самолет.

Чтобы лучше представить, как создается у крыла подъемная сила, проделаем простейший опыт. Возьмем лист тонкого картона и начнем быстро продвигать его под углом в 5—10 градусов к направлению его движения. На лист картона при этом будет действовать сила воздушного сопротивления: она будет стремиться отклонить его одновременно назад и кверху (рис. 110).

Рис. 110. Образование подъемной силы у листа картона и у крыла самолета

Действие силы воздушного сопротивления можно заменить действием двух сил: одна из них направлена кверху - это подъемная сила, а вторая — назад, против направления движения, — это сила лобового сопротивления.

Подъемная сила, действующая на крыло, стремится поднять самолет кверху. Подъемная сила — это полезная сила, так как она делает возможным полет самолета йлй модели; поэтому подъемную силу выгодно увеличивать.

Силу лобового сопротивления, действующую на крыло, надо преодолевать при полете самолета или модели посредством тяги воздушного винта или реактивного двигателя. Чем меньше будет сила лобового сопротивления модели, тем меньшая потребуется и мощность двигателя. Значит силу лобового сопротивления крыла выгодно уменьшать.

Чтобы представить себе, какую форму надо придать нашему крылу для уменьшения силы лобового сопротивления, присмотримся повнимательнее к форме, которую приобретает капля воды в момент падения. В начале падения капля воды имеет форму шара. Затем капля вытягивается в направлении своего движения и под воздействием воздуха приобретает форму с наибольшим утолщением в первой трети своей длины (рис. 111,5). При обтекании такой капли частицы воздуха слабее воздействуют на каплю, поэтому она при своем движении в воздухе будет встречать наименьшую силу лобового сопротивления.

Каплевидную форму следует придавать крылу самолета и модели, а также всем их частям, которые обтекаются воздухом во время полета. Крыло каплевидной формы, изображенное на рис. 111,2, будет создавать не только меньшую силу лобового сопротивления, но и большую подъемную силу, чем крыло в виде плоской пластинки (рис. 111,).

Подъемная сила увеличивается у крыла с профилем, изображенным на рис. 111, 2, за счет того, что струйки воздуха, движущиеся по верхней поверхности этого крыла, будут пробегать свой путь быстрее, чем струйки воздуха, движущиеся по нижней поверхности крыла, так как верхний путь длиннее нижнего, а время, за которое и верхние и нижние струйки должны пройти свои пути, одно и то же.

Из физики известно, что чем быстрее движется воздух, тем большее разрежение он будет испытывать. Это очень просто проверить. Если взять два листа бумаги, расположить их на расстоянии 2—3 см друг от друга и, подув на них, направить струю воздуха между ними, то листы будут слипаться (рис. 111,4). Это происходит потому, что давление воздуха меньше между листами, где воздух движется, чем с их внешних сторон, где воздух неподвижен. Следовательно, над крылом, где скорость движения воздуха больше, давление воздуха будет меньше, чем лшзу, где воздух движется медленнее. Так образуются разность давлений воздуха и подъемная сила крыла.

Если же профиль крыла изогнуть, как на рис. 111,5, это еще сильнее увеличит его подъемную силу. При этом струйки воздуха, обтекающие крыло сверху, будут стремиться оторваться vt крыла, а движущиеся под крылом будут оказывать на него давление снизу. Частицы воздуха, обтекающие крыло сверху, стремясь оторваться от него, будут создавать дополнительное разрежение над крылом.

Как подъемная сила, так и лобовое сопротивление крыла зависят от величины угла атаки: чем он больше, тем больше сила лобового сопротивления и больше подъемная сила. Однако с увеличением угла атаки подъемная сила растет лишь до 14—20 градусов (в зависимости от формы профиля), после чего она попадает, в то время как лобовое сопротивление еще возрастает.

Нам выгодно использовать в полете такие углы атаки, в ко­торых отношение между подъемной силой и сопротивлением получаете,; наибольшим. Это отношение называется аэродинамическим качеством крыла. Угол атаки, соответствующий наибольшему аэродинамическому качеству, обычно бывает равен 5—6 градусам.

В 1906 году профессор Н. Е. Жуковский впервые дал научное обоснование возникновению подъемной силы крыла и вывел формулы для подсчета величины этой силы.

Чтобы самолет и модель самолета были устойчивы в полете в поперечном направлении, концы крыла несколько приподнимают относительно середины, т. е. придают крылу поперечное V (рис. 112).

Хвостовое оперение самолета предназначено для обеспечения устойчивости и управляемости. Оно состоит из стабилизатора, к которому крепится руль высоты, и киля (см. рис. 109). К килю крепится руль направления. Рули крепятся таким образом, чтобы они могли отклоняться: руль высоты —кверху и книзу, а руль направления — вправо и влево. Хвостовое оперение придает самолету необходимую устойчивость. Если самолет отклонится вбок или повернется носом кверху или книзу, то встречный поток воздуха, набегающий на стабилизатор и на киль, вернет самолет в прежнее положение (рис. 113 и 114).

РИС.114. ДЕЙСТВИЕ КИЛЯ

Летчик управляет самолетом, отклоняя руль высоты, руль направления и элероны. Элероны — это небольшие крылышки, расположенные по концам крыла и отклоняемые одновременно в разные стороны, вверх и вниз (см. рис. 109). Руль высоты, руль направления и элероны соединены системой тяг и тросов с ручкой управления и с педалями управления, расположенными в кабине летчика (рис. 115). Руль высоты отклоняется кверху при отклонении ручки «на себя». При этом встречный воздух, набегая на отклоненный руль высоты, будет создавать силу, стремящуюся наклонить хвост самолета книзу (рис. 116), т. е. увеличить наклон самолета. При отклонении ручки «от себя» воздух, набегая на руль высоты, будет создавать силу, стремящуюся уменьшить наклон самолета. Так летчик меняет угол атаки крыла в полете.

При отклонении ручки управления вбок одновременно отклоняются элероны на правом и левом крыльях, но в разные стороны. Если ручка управления отклонится вправо, то на левом крыле элерон опустится, а на правом поднимется. Встречный воздух, набегая на отклоненные элероны, вызовет изменение подъемной силы у левого и правого крыльев. При этом на правом крыле подъемная сила уменьшится, а на левом — увеличится. Эта разность подъемных сил заставит самолет накреняться в ту же сторону, в которую была отклонена ручка, т. е. вправо (рис. 116).

Руль направления отклоняется летчиком посредством нож­ных педалей. Если летчик нажмет ногой левую педаль, руль направления отклонится влево. При отклонении руля направления давление набегающего встречного потока воздуха вызовет силу, стремящуюся повернуть самолет влево (рис. 116).

Таким образом, мы видим, что управление самолетом устроено так, что самолетпедалями: куда двинет летчик ручкой или повернет педаль, в ту же сторону отклонится и самолет.

Авиационный двигатель—это «сердце» самолета. Для возникновения подъемной силы крыла необходимо, чтобы самолет двигался относительно воздуха с определенной скоростью. Этого можно достигнуть, например, если самолет бу-дет плавно снижаться под некоторым углом книзу, или, как говорят, «планировать» (рис. 117). При этом он уподобляется саночкам, которые скользят под горку. Ну, а если самолету необходимо двигаться вперед, не только не снижаясь, но даже набирая высоту? В этом случае потребуется тяга, так же как она необходима саночкам, для того чтобы они двигались по дороге горизонтально или поднимались в гору (рис. 117). Тяга у самолета создается-воздушным винтом, который приводится во вращение авиационным мотором (двигателем внутреннего сгорания). У скоростных самолетов тяга создается реактивным двигателем. От безотказного действия мотора зависит способность самолета лететь горизонтально или совершать подъем.

Спортивные самолеты имеют обычно поршневой двигатель, на валу которого находится воздушный винт (рис. 118). При быстром вращении он ввинчивается в воздух, как шуруп ввинчивается в дерево, и тянет за собой самолет. Сила, с которой винт тянет самолет, называется силой тяги винта.

Впервые воздушный винт был применен М. В. Ломоносовым, который в 1754 году построил небольшую летательную машинку с двумя воздушными винтами, предназначенную метеорологических приборов на высоту.

Воздушный винт имеет существенный недостаток: он может создавать тягу лишь на сравнительно небольших скоростях. Когда же самолет пролетает 800—900 км1час, то скорость, с которой набегают концы лопасти на воздух, приближается к скорости звука; сопротивление вращению винта сильно растет, а тяга падает. Поэтому на скоростных самолетах приходится применять другие источники силы тяги — реактивные двигатели.

Реактивный двигатель работает примерно так же, как обычная пороховая ракета, у которой газы, образующиеся во время горения пороха, с большой скоростью вырываются наружу. Сила отдачи, появляющаяся при этом, и есть та сила тяги ракеты, которая толкает ее вперед.

Реактивные двигатели применяются на самолетах, летающих со скоростью 700—800 км/час и более.

Теория полета с помощью реактивных снарядов была разработана еще в 1903 году К. Э. Циолковским. Гениально предвидя появление реактивных самолетов, он в одной из своих работ писал: «За эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных».

Шасси самолета служит для взлета и посадки. Для взлета с земли самолет имеет колесное шасси. Для взлета с воды у так называемых гидросамолетов вместо колес устанавливаются поплавки (рис. 119).

Самолетные колеса, так же как и автомобильные, снабжены резиновыми пневматиками. Стойки шасси, на которых находятся колеса, снабжаются специальными маслеными или резиновыми амортизаторами, которые смягчают удар самолета о землю при посадке. У современных скоростных самолетов шасси обычно делается убирающимся — для уменьшения воздушного сопротивления. У наших летающих моделей есть в миниатюре все основные части самолета: крыло, фюзеляж, двигатели внутреннего сгорания или реактивные двигатели, воздушные винты и убирающееся шасси (рис. 119). Все эти детали работают по тем же принципам, что и детали настоящих самолетов, но они значительно проще по своему устройству и поэтому могут быть построены юными авиамоделистами.