План:

Вступ

• 1 Класифікація літаків
  • 1.1 За призначенням
  • 1.2 За злітною масою
  • 1.3 За типом і кількістю двигунів
  • 1.4 За компонувальною схемою
  • 1.5 За швидкістю польоту
  • 1.6 За родом посадкових органів
  • 1.7 За типом зльоту та посадки
  • 1.8 За родом джерел тяги
  • 1.9 За надійністю
  • 1.10 За способом управління
• 2 Конструкція літаків
• 3 Історія літаків
• 4 Цікаві факти
Література

Вступ

Літак(він же аероплан) - літальний апарат з аеродинамічним способом створення підйомної сили за допомогою двигуна та нерухомих крил (крила) і використовуваний для польотів в атмосфері Землі. (Далі у цій статті термін літактрактується лише у цьому сенсі.)

Літак здатний переміщатися з високою швидкістю, використовуючи підйомну силу крила підтримки себе в повітрі. Нерухливе крило відрізняє літак від орнітоптера (махолету) та вертольота, а наявність двигуна – від планера. Від дирижабля літак відрізняє аеродинамічний спосіб створення підйомної сили, - літакове крило в потоці повітря, що набігає, створює підйомну силу.

Наведене визначення є «класичним» і актуальним для літаків, що існували на зорі авіації. По відношенню до сучасних та перспективних розробок в авіаційній техніці (інтегральні та гіперзвукові аеродинамічні компонування, використання змінного вектора тяги та ін.) поняття «літак» вимагає уточнення: Літак- літальний апарат для польотів в атмосфері (і космічному просторі (напр. Орбітальний літак)), що використовує аеродинамічну підйомну силу планера для утримання себе в повітрі (при польоті в межах атмосфери) і тягу силової (рухової) установки для маневрування та компенсації втрат. енергії на лобовий опір.

1. Класифікація літаків

Класифікація літаків може бути дана за різними ознаками - за призначенням, за конструктивними ознаками, за типом двигунів, за льотно-технічними параметрами і т.д.

1.1. По призначенню

1.2. За злітною масою

Легкомоторний літак МАІ-223

• 1-го класу (75 т і більше)
• 2-го класу (від 30 до 75 т)
• 3-го класу (від 10 до 30 т)
• 4-го класу (до 10 т)
• легкомоторні
• надлегкі (до 495 кг)

Клас літака пов'язаний із класом аеродрому, здатного прийняти літак даного типу.

1.3. За типом і кількістю двигунів

Зіркоподібний двигун у розрізі

Компресор турбореактивного двигуна (ТРД)

• За типом силової установки:
  • поршневі (ПД) (Ан-2)
  • турбогвинтові (ТВД) (Ан-24)
  • турбореактивні (ТРД) (Ту-154)
  • з ракетними двигунами
  • з комбінованою силовою установкою (КСУ)
• За кількістю двигунів:
  • однорухові (Ан-2)
  • дворухові (Ан-24)
  • трирухові (Ту-154)
  • чотирирухові (Ан-124 «Руслан»)
  • п'ятирухові (He-111Z)
  • шестирухові (Ан-225 «Мрія»)
  • семирухові (К-7)
  • восьмирухові (АНТ-20, Boeing B-52)
  • десятирухові (Convair B-36J)
  • дванадцятирухові (Dornier Do X)

1.4. За компонувальною схемою

Класифікація за цією ознакою є найбільш багатоваріантною). Пропонується частина основних варіантів:

• За кількістю крил:
  • моноплани
  • півтораплани
  • біплани
  • триплани
  • поліплани
• За розташуванням крила (для монопланів):
  • високоплани
  • середньоплани
  • низькоплани
  • зонтик
• За розташуванням хвостового оперення:
  • нормальна аеродинамічна схема (оперення ззаду)
  • літаюче крило (безхвостий)
  • безхвостка
  • типу "качка" (оперення спереду);
• За типом та розмірами фюзеляжу:
  • однофюзеляжні;
    • вузькофюзеляжні;
    • широкофюзеляжні;
  • двобалочної схеми («рама»);
  • безфюзеляжні («літаюче крило»).
  • Двопалубний літак
• За типом шасі:
  • Сухопутні;
    • з колісним шасі;
      • з хвостовою опорою;
      • з передньою опорою;
      • велосипедного типу опорою;
    • з лижним шасі;
    • з гусеничним шасі;
  • Гідросамолети;
    • амфібії;
    • поплавкові;
    • "літаючі човни".

1.5. За швидкістю польоту

• дозвукові (до 0,7-0,8 Маха)
• трансзвукові (від 0,7-0,8 до 1,2 М)
• надзвукові (від 1,2 до 5 М)
• гіперзвукові (понад 5 М)

1.6. За родом посадкових органів

• сухопутні
• корабельні
• гідролітаки
• Літаючий підводний човен

1.7. За типом зльоту та посадки

• вертикального (ВВП)
• короткого (КВП)
• звичайного зльоту та посадки

1.8. За родом джерел тяги

• гвинтові
• реактивні

1.9. За надійністю

• експериментальні
• досвідчені
• серійні

1.10. За способом управління

• пілотовані льотчиком
• безпілотні

2. Конструкція літаків

Основні елементи літального апарату:

• Крило - створює під час поступального руху літака необхідну для польоту підйомну силу.
• Фюзеляж – є «тілом» літака.
• Оперення - несучі поверхні, призначені для забезпечення стійкості, керованості та балансування літака.
• Шасі - злітно-посадковий пристрій літака.
• Силові установки – створюють необхідну тягу.
• Системи бортового обладнання – різне обладнання, яке дозволяє виконувати польоти за будь-яких умов.

3. Історія літаків

Віктор Васнєцов «Килим-літак», 1880 р.

У давньоіндійській літературі описані літальні апарати вімани. Є також згадки літальних апаратів у фольклорі різних народів (килим-літач, ступа з Бабою Ягою).

Перші спроби побудувати літак робилися ще у ХІХ столітті. Першим літаком, побудованим у натуральну величину 1882 року і запатентованим, є літак Можайського А. Ф. Крім того, літаки з паровими двигунами будували Адер та Максим. Однак жодна з цих конструкцій не змогла піднятися у повітря. Причинами цього служили: занадто висока злітна маса і низька питома потужність двигунів (парових машин), відсутність теорії польоту та управління, теорії міцнісних та аеродинамічних розрахунків. У зв'язку з цим літаки будувалися «наобум», «на око», незважаючи на наявність інженерного досвіду у багатьох піонерів авіації.

Першим літаком, який зміг самостійно відірватися від землі та здійснити керований горизонтальний політ, став «Флаєр-1», збудований братами Орвілом та Вілбуром Райт у США. Перший політ літака в історії було здійснено 17 грудня 1903 року. "Флаєр" протримався в повітрі 59 секунд і пролетів 260 метрів. Дітище Райтов було офіційно визнано першим у світі апаратом важчим за повітря, який здійснив пілотований політ з використанням двигуна.

Їх апарат був біплан типу «качка» - пілот розміщувався на нижньому крилі, кермо напряму ззаду, кермо висоти спереду. Двохлонжеронні крила були обшиті тонким невибіленим мусліном. Двигун "Флайєра" був чотиритактний, зі стартовою потужністю 16 кінських сил і важив всього (або цілих, якщо оцінювати з сучасної точки зору) 80 кілограм.

Апарат мав два дерев'яні гвинти. Замість колісного шасі Райти використовували стартову катапульту, що складається з пірамідальної вежі та дерев'яної направляючої рейки. Привід катапульти здійснювався за допомогою масивного вантажу, що падає, пов'язаного з літаком тросом через систему спеціальних блоків.

У Росії її практичний розвиток авіації затрималося через орієнтацію уряду створення воздухоплавательных літальних апаратів. Грунтуючись на прикладі Німеччини, російське військове керівництво робило ставку на розвиток дирижаблів та аеростатів для армії та не оцінило своєчасно потенційні можливості нового винаходу – літака.

Свою негативну роль щодо літальних апаратів важче за повітря зіграла і історія з «Аеромобілем» В. В. Татаринова. В 1909 винахідник отримав 50 тисяч рублів від Військового міністерства для будівництва вертольота. Крім того, було багато пожертвувань від приватних осіб. Ті, хто не міг допомогти грошима, пропонували безплатно свою працю для втілення задуму винахідника. Росія покладала великі надії на цей вітчизняний винахід. Але витівка закінчилася повним провалом. Досвід та знання Татаринова не відповідали складності поставленого завдання, і великі гроші було викинуто на вітер. Цей випадок негативно вплинув на долі багатьох цікавих авіаційних проектів - російські винахідники не могли більше досягти державних субсидій.

У 1909 році російський уряд нарешті виявив інтерес до літаків. Було вирішено відхилити пропозицію братів Райт про купівлю їх винаходи та будувати літаки самотужки. Конструювати літаки доручили офіцерам-повітроплавцям М. А. Агапову, Б. В. Голубєву, Б. Ф. Гебауеру та А. І. Шабському. Вирішили будувати тримісні літаки різних типів, щоб потім вибрати найбільш вдалий. Ніхто з проектувальників не тільки не літав літаками, але навіть не бачив їх у натурі. Тому не доводиться дивуватися, що літаки зазнавали аварії ще під час пробіжок по землі.

«Кудашев-1» - перший російський літак

Крилатий Бенц. Російський аероплан у кузові вантажівки на Кавказькому фронті першої світової. 1916 рік.

Перші успіхи російської авіації датуються 1910 роком. 4 червня професор Київського політехнічного інституту князь Олександр Кудашев пролетів кілька десятків метрів літаком-біпланом власної конструкції.

16 червня молодий київський авіаконструктор Ігор Сікорський вперше підняв свій літак у повітря, а ще через три дні відбувся політ літака інженера Якова Гаккеля незвичайної для того часу схеми біплан із фюзеляжем (бімоноплан).

4. Цікаві факти

• У 1901 році два професори одного з університетів США «довели», що літальний апарат важчий за повітря принципово ніколи не зуміє відірватися від землі, що це подібно до «перпетуум мобілі». Сенат США заборонив Пентагону фінансувати розробки, але за три роки літак братів Райт злетів, що дало дорогу авіаційним розробкам.
• Гіперзвуковий літак X-43A є найшвидшим літаком у світі. Апарат X-43A нещодавно встановив новий рекорд швидкості – 11230 км/год, тим самим перевищивши швидкість звуку у 9,6 раза. Для порівняння: реактивні винищувачі літають зі швидкістю звуку або перевищують її всього вдвічі.

Література

• Історія конструкцій літаків у СРСР – Вадим Борисович Шавров. Історія конструкцій літаків у СРСР 1938-1950 рр. // М. Машинобудування, 1994. ISBN 5-217-00477-0.
• "ТЕРНИСТИЙ ШЛЯХ У НІКУДИ. Записки авіаконструктора." Л.Л.Селяков

Основні агрегати літака

Літаки відносяться до літальних апаратів важчих за повітря, їм характерний аеродинамічний принцип польоту. У літаків підйомна сила Y створюється за рахунок енергії повітряного потоку, що омиває поверхню, що несе, яка нерухомо закріплена щодо корпусу, а поступальний рух у заданому напрямку забезпечується тягою силової установки (СУ) літака.

Різні типи літаків мають одні й самі основні агрегати (складові частини): крило , вертикальне (ВО) та горизонтальне (ГО) оперення , фюзеляж , силове встановлення (СУ) та шасі (Рис. 2.1).

Рис. 2.1. Основні елементи конструкції літака

Крило літака1створює підйомну силу та забезпечує поперечну стійкість літака при його польоті.

Часто крило є силовою базою для розміщення шасі, двигунів, а його внутрішні обсяги використовують для розміщення палива, обладнання, різних вузлів та агрегатів функціональних систем.

Для поліпшення злітно-посадкових характеристик(ВПХ) сучасних літаків на крилі встановлюються засоби механізації по передній та задній кромках. По передній кромці крила розміщують передкрилки , а по задній - закрилки10 , інтерцептори12 і елерони-інтерцептори .

У силовому відношенні крило є балкою складної конструкції, опорами якої є силові шпангоути фюзеляжу.

Елерони11є органами поперечного управління. Вони забезпечують поперечну керованість літака.

Залежно від схеми та швидкості польоту, геометричних параметрів, конструкційних матеріалів та конструктивно-силової схеми маса крила може становити до 9…14 % від злітної маси літака.

Фюзеляж13об'єднує основні агрегати літака єдине ціле, тобто. забезпечує замикання силової схеми літака.

Внутрішній обсяг фюзеляжу служить розміщення екіпажу, пасажирів, вантажів, устаткування, пошти, багажу, засобів порятунку людей випадок виникнення аварійних ситуацій. У фюзеляжах вантажних літаків передбачені розвинені вантажно-розвантажувальні системи, пристрої швидкого та надійного швартування вантажів.

Функцію фюзеляжу у гідролітаків виконує човен, який дозволяє проводити зліт та посадку на воду.

фюзеляж у силовому відношенні є тонкостінною балкою, опорами якої є лонжерони крила, з якими він пов'язаний через вузли силових шпангоутів.

маса конструкції фюзеляжу становить 9…15 % від злітної маси літака.

Вертикальне оперення5складається з нерухомої частини кіля4 і керма напряму (РН) 7 .

Кіль 4 забезпечує літаку колійну стійкість у площині X0Z, а РН - колійну керованість щодо осі 0y.

Тример РН 6 забезпечує зняття тривалих навантажень із педалей, наприклад, при відмові двигуна.

Горизонтальне оперення9включає в себе нерухому або обмежено рухливу частину ( стабілізатор2 ) та рухливу частину – кермо висоти (РВ) 3 .

Стабілізатор 2 надає літаку поздовжню стійкість, а РВ 3 - Поздовжню керованість. РВ може нести на собі триммер 8 для розвантаження штурвальної колонки.

Маса, конструкції ГО та ВО зазвичай не перевищує 1,3…3 % від злітної маси літака.

Шасілітака 16 відноситься до злітно-посадкових пристроїв (ВПУ), які забезпечують розбіг, зліт, посадку, пробіг та маневрування літака під час руху по землі.

Число опор та розташування їх відносно центру мас (ЦМ) літака залежить від схем шасі та особливостей експлуатації літака.

Шасі літака, показаного на рис.2.1, має дві основні опори16 і одну носову опору17 . Кожна опора включає силову стійку18 та опорні елементи - колеса15 . Кожна опора може мати кілька стійок та кілька коліс.

Найчастіше шасі літака роблять такими, що забираються в польоті, тому для його розміщення передбачають спеціальні відсіки у фюзеляжі. 13. Можливе прибирання та розміщення основних опор шасі у спеціальних гондолах (або мотогондолах), обтічниках14 .

Шасі забезпечує поглинання кінетичної енергіїудару при посадці та енергії гальмування на пробігу, рулюванні та при маневруванні літака по аеродрому.

літаки-амфібіїможуть здійснювати зліт і посадку як з наземних аеродромів, так і з водної поверхні.

Рис.2.2. Шасі літак-амфібії.

на корпусі гідролітака встановлюють колісне шасі, а під крилом розміщують поплавки1 ,2 (Рис.2.2).

Відносна маса шасі зазвичай становить 4…6 % від злітної маси літака.

Силова установка 19 (див. рис.2.1), забезпечує створення сили тяги літака. Вона складається з двигунів, а також систем та пристроїв, що забезпечують їх роботу в умовах льотної та наземної експлуатації літака.

У поршневих двигунів сила тяги створюється повітряним гвинтом, у турбогвинтових - повітряним гвинтом та частково реакцією газів, у реактивних - реакцією газів.

У СУ входять: вузли кріплення двигунів, гондола, управління СУ, вхідні та вихідні пристрої двигунів, паливна та масляна системи, системи запуску двигуна, протипожежна та протиобмерзаюча системи.

Відносна маса СУ залежно від типу двигунів та схеми розміщення їх на літаку може досягати 14…18 % від злітної маси літака.

2.2. Техніко-економічні та льотно-технічні
характеристики літаків

Техніко-економічними характеристиками літаків є:

Відносна маса корисного навантаження:

`m пн = m пн /m 0

де m пн – маса корисного навантаження;

m 0 – злітна маса літака;

Відносна маса максимального платного навантаження:

`m кнmах = m кнтах / m 0

де m кнтах маса максимального комерційного навантаження;

Максимальна годинна продуктивність:

Пгод = m кнmах ∙ v рейс

де v рейс - рейсова швидкість літака;

Витрата палива на одиницю продуктивності q Т

До основних льотно-технічних характеристик літаків відносять:

Максимальну крейсерську швидкість vкр.mах;

Крейсерську економічну швидкість Vдо p .ек;

Висоту крейсерського польоту Ндо p;

Дальність польоту з максимальним платним навантаженням L;

Середнє значення аеродинамічної якості До в польоті;

Швидкопідйомність;

Вантажопідйомність, що визначається масою пасажирів, вантажів, багажу, що перевозиться на літаку при заданій польотній масі та запасі палива;

Злітно-посадкові характеристики (ВПХ) літака.

Основними параметрами, що характеризують ВПХ, є швидкість заходу на посадку - Vз.п; посадкова швидкість - Vпшвидкість відриву при зльоті - V omp; довжина розбігу при зльоті - lраз; довжина пробігу при посадці - l np; максимальне значеннякоефіцієнта підйомної сили в посадковій конфігурації крила - Зу max п;максимальне значення коефіцієнта підйомної сили у злітній конфігурації крила Зу max взл

Класифікація літаків

Класифікацію літаків проводять за багатьма критеріями.

Одним із основних критеріїв класифікації літаків є критерій за призначенням . цей критерій визначає льотно-технічні характеристики, геометричні параметри, компонування та склад функціональних систем літака.

За своїм призначенням літаки поділяють на цивільні і військові . Як перші, і другі літаки класифікують залежно від виду виконуваних завдань.

Нижче розглянуто класифікацію лише цивільних літаків.

Громадянські літаки призначені для перевезення пасажирів, пошти, вантажів, а також для вирішення різноманітних народногосподарських завдань.

Літаки поділяють на пасажирські , вантажні , експериментальні , навчально-тренувальні , а також на літаки цільового народногосподарського призначення .

Пасажирськілітаки в залежності від дальності польоту та вантажопідйомності поділяють на:

- дальні магістральні літаки - дальність польоту L>6000 км;

- середні магістральні літаки - 2500 < L < 6000 км;

- найближчі магістральні літаки - 1000< L < 2500 км;

- літаки для місцевих повітряних ліній (МВЛ) - L <1000 км.

Далекі магістральні літаки(рис. 2.3) з дальністю польоту понад 6000 км, як правило, оснащуються СУ з чотирьох ТРДД або гвинтовентиляторних двигунів, що дозволяє підвищити безпеку польоту у разі відмови одного або двох двигунів.

Середні магістральні літаки(рис. 2.4, рис. 2.5) мають СУ із двох-трьох двигунів.

Близькомагістральні літаки(Рис. 2.6) при дальності польоту до 2500 км мають СУ з двох-трьох двигунів.

Літаки місцевих повітряних авіаліній (МВЛ)експлуатуються на авіаційних трасах протяжністю менше 1000 км, які СУ може складатися з двох, трьох і навіть чотирьох двигунів. Збільшення числа двигунів до чотирьох обумовлено прагненням забезпечити високий рівень безпеки польотів за великої інтенсивності зльотів-посадок, притаманних літаків МВЛ.

До літаків МВЛ можна віднести адміністративні літаки, що розраховані на перевезення 4...12 пасажирів.

Вантажні літакизабезпечують перевезення вантажів. Ці літаки в залежності від дальності польоту та вантажопідйомності можуть поділятися аналогічно пасажирським. перевезення вантажів може здійснюватися як усередині вантажної кабіни (рис.2.7), і на зовнішній підвісці фюзеляжу (рис. 2.8).

Навчально-тренувальні літакизабезпечують підготовку та тренування льотного складу у навчальних закладах та центрах підготовки цивільної авіації(рис.2.9) Такі літаки часто виготовляють двомісними (інструктор та стажер)

Експериментальні літакистворюються для вирішення конкретних наукових проблем, проведення натурних досліджень безпосередньо в польоті, коли необхідна перевірка гіпотез, що висуваються, і конструктивних рішень.

Літаки народногосподарського призначенняв залежності від цільового використання поділяються на сільськогосподарські, патрульні, спостереження за нафто- та газопроводами, лісовими масивами, прибережною зоною, дорожнім рухом, санітарні, льодової розвідки, аерофотозйомки та ін.

Поряд зі спеціально спроектованими для цього літаками під цільові завдання можуть переобладнатися літаки МВЛ малої вантажопідйомності.

Рис. 2.7. Грузовий літак

Рис. 2.10

Рис. 2.9

Рис.2.8

Рис. 2.8. Перевезення вантажів на зовнішній підвісці

Рис. 2.9. Навчально-тренувальний літак

Рис. 2.10. Літак народногосподарського призначення

Аеродинамічне компонуваннялітака характеризує число, зовнішня форма несучих поверхонь та взаємне розташування крила, оперення та фюзеляжу.

В основу класифікації аеродинамічних компоновок покладено дві ознаки:

- форма крила ;

- розташування оперені я.

Відповідно до першої ознаки виділяють шість типів аеродинамічних компоновок:

- з прямим та трапецієподібним крилом;

- зі стрілоподібним крилом;

- із трикутним крилом;

- із прямим крилом малого подовження;

- з кільцевим крилом;

- з круглим крилом.

Для сучасних цивільних літаків практично використовують перші два та частково третій тип аеродинамічних компоновок.

Відповідно до другого типу класифікації виділяють такі три варіанти аеродинамічних компоновок літаків:

Нормальної (класичної) схеми;

Схеми "качка";

Схема "безхвостка".

Різновидом схеми "безхвостка" є схема "літаюче крило".

Літаки нормальної схеми (див. рис.2.5, 2.6) мають ГО, розташоване за крилом. Ця схема набула панівного поширення на літаках цивільної авіації.

Основні переваги нормальної схеми:

Можливість ефективного використання механізації крила;

Легке забезпечення балансування літака із випущеними закрилками;

Зменшення довжини носової частини фюзеляжу. Це покращує огляд пілоту і зменшує площу ВО, тому що укорочена носова частина фюзеляжу викликає появу меншого дестабілізуючого дорожнього моменту;

Можливість зменшення площ ВО та ГО, так як плечі ГО та ВО значно більші, ніж у інших схем.

недоліки нормальної схеми:

ГО створює негативну підйомну силу майже всіх режимах польоту. Це призводить до зменшення підйомної сили літака. Особливо на перехідних режимах польоту при зльоті та посадці;

ГО знаходиться у обуреному повітряному потоці за крилом, що негативно позначається на його роботі.

Для виносу ГО з "аеродинамічної тіні" крила або "супутного струменя" закрилків на перехідних режимах польоту його зміщують відносно крила по висоті (рис.2.11, а), виносять його на середину кіля (рис.2.11;б) або на верх кіля (Рис.2.11, в).

Рис. 2.12

Рис. 2.11

Рис. 2.11 Схеми розміщення горизонтального оперення

а. ВО., Зміщене щодо крила по висоті;

б. ВО розташоване на середині кіля (хрестоподібне оперення);

в. Т-подібне оперення;

р. v – образне оперення.

У практиці літакобудування відомі випадки використання літаком комбінованого, так званого v -подібного оперення (Рис. 2.12). функції ГО і У цьому випадку виконують дві поверхні, рознесені під кутом відносно один одного. Кермо, розміщені на цих поверхнях, при синхронному відхиленні вгору і вниз працюють як РВ, а при відхиленні одного керма вгору, а іншого вниз досягається керування літаком у дорожньому відношенні.

Досить часто на літаках може застосовуватися двокільове і навіть трикільове ВО.

При аеродинамічному компонуванні літака по схемою "качка" на ГО розміщують перед крилом на носовій частині фюзеляжу (рис.2.13)

Перевагами схеми "качка" є:

Розміщення ГО у необуреному повітряному потоці;

Можливість зменшення розмірів крила, оскільки ГО стає несучим, тобто. бере участь у створенні підйомної сили літака;

Досить легке парування виникає пікіруючого моменту при відхиленні механізації крила відхиленням ГО;

Рис. 2.13 Компонування літака за схемою "качка"

Збільшення плеча ГО більш 30 %, ніж у нормальної схеми, що дозволяє зменшити площу крила;

При досягненні великих кутів атаки зрив потоку на ГО виникає раніше, ніж на крилі, що практично усуває небезпеку виходу літака на закриті кути атаки та звалювання його в штопор.

У літака, виконаного за схемою "качка", усунення положення фокусу назад при переході від М<1 к М>1 менше, ніж у літаків нормальної схеми, тому збільшення ступеня поздовжньої стійкості спостерігається меншою мірою.

Недоліками даної схеми є:

Зниження несучої здатності крила на 10-15 % через скосу потоку від ГО;

Порівняно мале плече ВО, що призводить до збільшення площі ВО, а іноді і до встановлення двох кілів для збільшення колійної стійкості. Це компенсує момент, що дестабілізує, створюваний подовженою носовою частиною фюзеляжу.

Схема "безхвостка"характеризується відсутністю ГО (див. рис. 1.13), у своїй функції ГО перекладаються крило. Літаки, виконані за такою схемою, можуть не мати фюзеляжу, у цьому випадку їх називають "літаючим крилом". Для таких літаків характерний мінімальний лобовий опір.

Схема "безхвостка" має такі переваги:

Так як на таких літаках використовуються трикутні крила, то при великих розмірах бортової нервюри можна зменшити відносну товщину профілю, забезпечивши раціональне використання крила для розміщення палива;

Відсутність навантажень ГО дозволяє полегшити хвостову частину фюзеляжу;

Зменшується вартість і маса планера, так як відсутня ГО, тому зменшується опір тертя літака через зменшення площі обтічної повітряним потоком поверхні;

Значні геометричні розміри бортової нервюри забезпечують можливість створити ефект повітряної подушки на режимі посадки літака;

Так як у схемі "безхвостка" застосовують крила подвійної стріловидності, то на злітному режимі відбувається суттєвіший приріст коефіцієнта підйомної сили.

Серед недоліків цієї схеми найважливішим є:

Неможливість повного використання несучої здатності крила на посадці;

Зниження стелі літака через зменшення аеродинамічної якості, що пояснюється утриманням елевонів у верхньому відхиленому положенні для досягнення найбільшого кута атаки крила;

Складність, інколи ж і неможливість балансування літака при випущених закрилках;

Складність забезпечення дорожньої стійкості літака через малого плеча ВО, тому іноді встановлюють три кілі (див. рис. 1.13).

У практиці дослідного авіабудування можна натрапити на варіанти з комбінацією основних схем в одному літаку.

Можливий варіант, коли на літаку застосовують два ГО – одне перед крилом та друге за ним. При реалізації схеми "тандем" літак має майже порівняні за площею крило і ГО. Схему "тандем" можна розглядати як проміжну між нормальною схемою та схемою "качка", завдяки чому розширюється експлуатаційний діапазон центрувань при порівняно малих втратах аеродинамічної якості на балансування літака.

Основними конструктивними ознаками, за якими проводять класифікацію літаків, є:

Число та розташування крил;

Тип фюзеляжу;

Тип двигунів, число та розміщення їх на літаку;

Схема шасі, що характеризується кількістю опор та їх взаємним розташуванням щодо ЦМ літака.

Залежно від кількості крил розрізняють моноплани та біплани.

Схема моноплана домінує в літакобудуванні, і більшість літаків виконується саме за цією схемою, що обумовлено меншим лобовим опором моноплану та можливістю збільшення зростання швидкостей польоту.

Літаки схеми "біплан" (рис.2.16) відрізняються високою
маневреністю, але вони тихохідні, тому цю схему реалізують для літаків спеціального призначення, наприклад, для сільськогосподарських.

Рис 2. 16 Літак схеми "біплан"

За розташуванням крила щодо фюзеляжу літаки можуть виконуватися за схемою "низькоплан" (рис.2.17, а), "середньоплан" (рис. 2.17, б) та "високоплан" (рис.2.17, в).

Рис.2.17. Різні схеми розташування крила

Схема "низькоплан" найменш вигідна в аеродинамічному відношенні, так як у зоні сполучення крила з фюзеляжем порушується плавність обтікання та виникає додатковий опір через інтерференцію системи "крило-фюзеляж". Цей недолік можна суттєво зменшити постановкою залізів, забезпечуючи усунення дифузорного ефекту.

Розміщення ВМД у кореневій частині крила дозволяє використовувати
ежекторний ефект від струменя двигуна, який отримав назву активного заліза.

Низькоплан має вищу розташування нижнього обводу фюзеляжу над поверхнею землі. Це пов'язано з необхідністю виключення торкання кінцем крила поверхні ВПП при посадці з креном, а також із забезпеченням безпечної роботи СУ при розміщенні двигунів на крилі. В цьому випадку ускладнюється процес вивантаження-навантаження вантажів, багажу, а також посадку-висадку пасажирів. Цього недоліку можна уникнути, якщо оснастити шасі літака механізмом присідання.

Схему "низькоплан" найчастіше використовують для пасажирських літаків, оскільки вона забезпечує більшу проти іншими варіантами безпеку при аварійної посадці грунт і воду. При аварійній посадці на ґрунт із прибраним шасі крило сприймає енергію удару, захищаючи пасажирську кабіну. При посадці на воду літак занурюється у воду по крило, яке повідомляє фюзеляжу додаткову плавучість та спрощує організацію робіт, пов'язаних із евакуацією пасажирів.

Важливою перевагою схеми "низькоплан" є найменша маса конструкції, так як основні опори шасі найчастіше пов'язані з крилом та їх габарити і маса менша, ніж у високоплана. У порівнянні з високопланом, що має шасі на фюзеляжі, низькоплан має меншу масу, так як не потрібно обтяження фюзеляжу, пов'язаного з кріпленням до нього основних опор шасі.

Низькоплан з розміщенням основних опор на крилі зберігає основне правило: опорою літаку служить поверхня, що несе. Це правило витримується усім експлуатаційних режимах, як і польоті, і при зльоті - посадці. Крило в останньому випадку спирається при пробігу та розбігу на шасі. Завдяки цьому вдається уніфікувати силову схему, що визначає шляхи передачі максимальних навантажень, та знизити масу конструкції літака загалом. Розглянуті переваги спричинили панівне становище схеми "низькоплан" на пасажирських літаках.

Схема "Середньоплан" (рис. 2. 17, б) для пасажирських та вантажних літаків найчастіше не застосовується, оскільки кесон крила (його силова частина) не може бути розміщений у пасажирській чи вантажній кабіні.

Зі зростанням злітних мас та параметрів літаків з'являється можливість наблизити компонування крила широкофюзеляжних літаків до середньоплану. Крило в цьому випадку піднімають до рівня підлоги пасажирського салону або вантажної кабіни, як ці зроблено на літаках А-300, і Боїнг-747", Іл-96 та ін. Завдяки такому рішенню вдається значно покращити аеродинамічні характеристики.

У чистому вигляді схема "середньоплан" може бути реалізована на двопалубних літаках, де крило практично не заважає використанню обсягів фюзеляжу для розміщення пасажирських салонів, вантажних приміщень та обладнання.

Схема "високоплан" (рис.2.17, в) широко використовується для вантажних літаків, а також знаходить застосування на літаках МВЛ. В цьому випадку вдається отримати найменшу відстань від нижнього обводу фюзеляжу до поверхні ВПП, так як високо розташоване крило не впливає на вибір висоти фюзеляжу щодо землі.

При використанні схеми "високоплан"з'являється можливість вільного маневрування спецавтотранспорту під час технічного обслуговування літака.

Транспортна ефективність вантажних літаків підвищується через найнижче положення статі вантажної кабіни, що дозволяє забезпечити швидкість і легкість навантаження-вивантаження великогабаритних вантажів, самохідної техніки, різних модулів та ін.

Ресурс двигунів збільшується, тому що вони знаходяться на значній відстані від землі і ймовірність попадання твердих частинок з поверхні ВПП в повітрозабірники різко зменшується.

Зазначені переваги високоплана пояснюють те панівне становище, яке зайняла дана схема на літаках транспортної авіації у вітчизняній (Ан-22, Ан-124, Ан-225), зарубіжній (C-141, С-5А, С-17 (США) та ін. .) практиці.

Схема "високоплан" легко забезпечує отримання нормованої безпечної відстані від поверхні ВПП до кінця лопаті повітряного гвинта або нижнього обведення повітрозабірника ВМД. Цим пояснюється досить часто використання цієї схеми на пасажирських літаках МВЛ (Ан-28 (Україна), F-27 (Голландія), Шорт-360 (Англія), АТР 42, АТР-72 (Франція-Італія)).

Безперечною перевагою схеми "високоплан" є більш високе значення З у max завдяки збереженню над фюзеляжем повністю або частково аеродинамічно чистої верхньої поверхні крила, більшої ефективності механізації крила за рахунок зниження кінцевого ефекту на закрилках, оскільки борт фюзеляжу та мотогондолу відіграють роль кінцевих "шайб".

Однак велика маса конструкції планера в порівнянні з іншими схемами негативно позначається або на корисному навантаженні, або запас палива і дальності польоту. Обтяження конструкції планера пояснюється:

Необхідністю збільшення площі ВО на 15-20 % через влучення частини її в зону затінення від крила;

Зростанням маси фюзеляжу на 15-20 % внаслідок збільшення числа посилених шпангоутів у зоні кріплення основних опор шасі, посилення конструкції зони нижнього обводу фюзеляжу на випадок аварійної посадки з невипущеним шасі та за рахунок зміцнень гермокабіни.

При кріпленні основних опор шасі до силової бази фюзеляжу виникають складнощі із забезпеченням необхідної колії.

Мала колія шасі збільшує навантаження на одну бетонну плиту,
що може вимагати для експлуатації літака вищий клас аеродрому.

Прагнення забезпечити прийнятну колію часто змушує збільшувати габаритну ширину посилених шпангоутів в зоні розміщення основних опор, формувати гондоли шасі, що виступають, і збільшувати мідель літака, а значить, і його аеродинамічний опір. Як показує статистика, у цьому випадку лобовий опір гондол шасі може досягати 10-15 % від загального опору фюзеляжу.

Найменша безпека високоплану при аварійній посадці на воду і сушу робить іноді неможливим використання цієї схеми на літаках великої пасажиромісткості, тому що при аварійній посадці на ґрунт крило своєю масою разом із двигунами прагне роздавити фюзеляж та пасажирську кабіну. При посадці на воду спостерігається занурення фюзеляжу до нижніх обводів крила та пасажирський салон може бути під водою. У цьому випадку організація робіт із порятунку пасажирів значно ускладнюється і евакуація людей можлива лише через аварійні люки у верхній частині фюзеляжу.

За типом фюзеляжулітаки поділяються на звичайні, тобто. виконані за однофюзеляжною схемою (рис.2.18, а); за двофюзеляжною схемою та схемою "гондола" (рис.2.18,б).

Рис. 2.18 Класифікація літаків на кшталт фюзеляжу

Найбільшого поширення набула однофюзеляжна схема, що дозволяє отримати найбільш вигідну конфігурацію форми фюзеляжу з аеродинамічної точки зору, так як лобовий опір у цьому випадку буде найменшим у порівнянні з іншими типами.

При розміщенні оперення літака не так на фюзеляжі, але в двох балках (рис.2.18,б) чи заміні фюзеляжу гондолою відбувається збільшення лобового опору. Для схеми "гондола" (рис. 2.18,б) характерна погана обтічна гондол, що може призвести до нестійкості літака на великих кутах атаки. Тому двобалкова схема "гондолу" у практиці літакобудування реалізується рідко, в основному, на транспортних літаках, де питання транспортної ефективності стають першорядними. Прикладом такого рішення може бути вантажний літак "Аргосі" фірми "Хоукер Сідлі".

Рис.2.19 Літак "Еджі Еркрафт"

За типом двигунів розрізняють літаки з ПД, ТРД, ТВлД та ін.

За кількістю двигунівлітаки поділяють на одно-, дво-, три-, чотири-, шестирухові.

На пасажирських літаках з умови забезпечення безпеки польотів кількість двигунів не повинна бути меншою за два. Збільшення числа двигунів понад шість виявляється невиправданим через складнощі, пов'язані із забезпеченням синхронізації роботи окремих СУ та збільшенням часу та трудомісткості робіт при технічному обслуговуванні.

За розташуванням двигунівдозвукові пасажирські літаки можуть класифікуватися на чотири основні групи: двигуни – на крилі (рис. 2.20, а), двигуни – у кореневій частині крила, двигуни – на хвостовій частині фюзеляжу (б) та змішаний варіант (в) компонування двигунів.

При виборі місця установки двигунів враховують особливості загального компонування літака, умови експлуатації та забезпечення максимального ресурсу двигунів, прагнуть отримати найменший лобовий опір СУ, звести до мінімуму втрати повітря в повітрозабірниках.

Так, на літаках з трьома двигунами доцільно застосовувати змішаний варіант компонування (рис.2.20): два двигуни під крилом та третій – у хвостовій частині фюзеляжу або на кілі.

Рис. 2.20 Схеми встановлення двигунів на літаках

На літаках із двома двигунами СУ розміщують на крилі або на хвостовій частині фюзеляжу.

Зі збільшенням ступеня двоконтурності двигуна його діаметр збільшується. Тому при компонуванні двигунів під крилом необхідно збільшувати висоту шасі для забезпечення нормованої відстані від обведення мотогондоли до поверхні землі. Це призводить до збільшення маси конструкції літака та породжує низку проблем, пов'язаних з пасажирами, багажем та технічним обслуговуванням. Насамперед, це стосується літаків МВЛ, які часто експлуатуються з аеродромів, які не мають спеціального обладнання. У той самий час ефект розвантаження крила в польоті через розміщення у ньому двигунів значно знижується, оскільки зі збільшенням ступеня двоконтурності питома маса ТРД зменшується.

На рис.2.21 показані два літаки, конструкція яких створювалася виходячи з однакових вимог до платного навантаження, дальності, ВПХ, міделю фюзеляжу та ін. На рис.2.21 видно різницю між двома літаками по висоті розташування відносно землі крила та фюзеляжу.

Рис.2.21 Вплив двоконтурності двигунів на компонування літака

За типом опор шасіїх поділяють на колісне, лижне, поплавкове (для гідролітаків), гусеничне та шасі на повітряній подушці.

Переважне поширення набуло колісного шасі, і досить часто застосовують поплавцеве.

За схемою шасілітаки поділяються на триопорні та
двоопорні.

Трихопорна схема виконується у двох варіантах: триопорна схема з носовою опорою та триопорна схема з хвостовою опорою. Найчастіше на літаках застосовується триопорна схема з носовою опорою. Другий варіант цієї схеми трапляється на легких літаках.

Двохпірна схема шасі на цивільних літаках практично не використовується.

На важких, особливо транспортних, літаках набула поширення багатоопорна схема шасі. Наприклад, на літаку "Боїнг-747" використовується п'ятистоєчний шасі, на літаку Ан-225 -шістнадцятистоєчний, а на пасажирському Іл-86 - чотиристійковий.

2.4. ВИМОГИ, ЩО ПРЕД'ЯВЛЯЮТЬСЯ ДО КОНСТРУКЦІЇ
ЛІТАКІВ

Всі вимоги до конструкції літаків поділяють на загальні , обов'язкові для всіх агрегатів планера, та спеціальні .

До загальних вимог відносять аеродинамічні, міцнісні та жорсткі, надійності та живучості літаків, експлуатаційні, ремонтопридатності, технологічності виробництва літаків, економічні та вимоги, мінімальної маси конструкції планера та функціональних систем.

Аеродинамічні вимогизводяться до того, щоб вплив форми літака, його геометричні та проектні параметри відповідали заданим льотним даним, отриманим при найменших енергетичних витратах. Реалізація цих вимог передбачає забезпечення мінімального опору літака, потрібних характеристик стійкості та керованості, високих ВПХ, показників крейсерського режиму польоту.

Виконання аеродинамічних вимог досягається вибором оптимальних значень параметрів окремих агрегатів (частин) літака, їх раціональним взаємним компонуванням та високим рівнем питомих параметрів.

Міцні та жорсткі вимогипред'являються до каркасу планера та її обшивці, які мають сприймати всі види експлуатаційних навантажень без руйнації, у своїй деформації нічого не винні призводити до зміни аеродинамічних властивостей літака, нічого не виникати небезпечні вібрації, нічого не винні значні залишкові деформації. Виконання цих вимог забезпечується вибором раціональної силової схеми та площ поперечних перерізів силових елементів, а також підбором матеріалів.

Вимоги надійності та живучостілітака передбачають розробку та реалізацію конструктивних заходів, спрямованих на безпеку польотів.

Надійність літакає здатністю конструкції виконувати свої функції із збереженням експлуатаційних показників протягом встановленого терміну міжрегламентного періоду, ресурсу або іншої одиниці виміру часу функціонування. Характеристиками надійності є наліт годин на одну відмову, кількість відмов на одну годину нальоту та ін.

Підвищити надійність літака можна підбором надійних елементів конструкції, їх дублювання (резервування).

Живітість літакавизначається здатністю конструкції виконувати свої функції за наявності ушкоджень. Для забезпечення цієї вимоги необхідні конструктивні заходи, наприклад застосування статично невизначених силових схем, ефективних протипожежних заходів і, головним чином, резервування. Ці вимоги є особливо важливими для забезпечення заданого рівня безпеки польотів .

Експлуатаційні вимогипередбачають створення таких
конструкцій, які дозволяють у стислий термін забезпечувати технічне
обслуговування літаків за мінімальних матеріально-технічних витрат.

Реалізація таких вимог можлива при забезпеченні зручного доступу до агрегатів, стандартизації та уніфікації вузлів, агрегатів, частин літака та роз'ємів, застосування вбудованих систем автоматичного контролю технічного стану систем та агрегатів літака, ефективних систем пошуку несправностей та їх усунення, збільшення ресурсу та міжрегламентних термінів служби.

Вимоги ремонтопридатностівизначають можливість швидкого та дешевого відновлення відмовили (пошкоджених) частин ВС, оперативного підтримання чисельності літакомоторного парку. Значимість цих вимог зростає у зв'язку з постійним ускладненням літаків та засобів н

Для виконання військових повітряних перевезень використовуються різні транспортні літаки та гелікоптери військової та цивільної авіації.

З погляду перевезень транспортні літаки та вертольоти можна класифікувати за призначенням, вантажопідйомністю та типом встановлених двигунів.

За призначенням транспортні літаки (вертольоти) поділяються на пасажирські, вантажні та вантажопасажирські.

Пасажирські літакипризначені в першу чергу для перевезень пасажирів, багажу та пошти, для чого вони мають відповідне побутове обладнання, що забезпечує зручність та комфорт пасажирам. Перевезення в них вантажів можна проводити у невеликих кількостях у багажниках, розташованих під підлогою пасажирської кабіни.

Пасажирські літаки цивільної авіації залежно від пасажиромісткості, дальності польоту та класу використовуваних аеродромів поділяються на магістральні та літаки місцевих повітряних ліній.

Магістральні літаки в свою чергу поділяються на далекі (ДМС), середні (CMC) та ближні (ВМС).

До ДМС відносяться: Іл-62, Ту-114 та перший надзвуковий пасажирський літак Ту-144.

До CMC-Ту-154, Ту-104, Ан-10, Іл-18.

До ВМС – Ту-134, Ту-124.

До літаків місцевих повітряних ліній відносяться: Ан-24, Як-40, Бе-30, Ан-2.

Вантажні літаки призначені для перевезення вантажів та техніки, мають спеціальне обладнання, що забезпечує навантаження вантажів та їх кріплення, а також необхідні кліматичні умови усередині вантажної кабіни під час польоту. У разі потреби вони можуть обладнатися знімними сидіннями для перевезення людей.

До вантажних літаків відносяться: Ан-24т, Ан-12, Ан-22 і гелікоптери Мі-4А, Мі-8, Мі-6, Мі-10.

Вантажопасажирські літаки призначені для перевезення пасажирів та вантажів. У вантажопасажирських літаках є окремі приміщення для пасажирів (зазвичай верхній поверх) та вантажів (зазвичай нижній поверх) або пасажирське обладнання кабіни виконується легкознімним, що дозволяє в разі потреби швидко пристосувати літак (вертоліт) до комбінованого чи чисто вантажного перевезення. Літаки, пристосовані до швидкого переобладнання з пасажирського у вантажний варіант, називаються конвертованими літаками.

По вантажопідйомності транспортні літаки та вертольоти поділяються на легкі, з нормальним десантним навантаженням до 11 т, - середні - до 20 т і важкі - понад 20 т.

Легкі літаки і вертольоти у роботі органів військових повідомлень використовуються порівняно мало - лише виконання окремих невеликих перевезень чи умовах, як у районі вивантаження немає аеродромів, придатних посадки літаків середньої вантажопідйомності.

Для військових перевезень в даний час найбільш широко використовуються середні літаки: вантажні типу Ан-12 і пасажирські типів Іл-18, Ту-104, Ан-10 і Ту-154. Однак відомо, що в міру збільшення вантажопідйомності та пасажиромісткості літаків продуктивність праці працівників повітряного транспорту зростає, а собівартість перевезень знижується, створюється можливість виконати заданий обсяг перевезень меншою кількістю літаків, що сприяє зменшенню частоти руху літаків у районах аеропортів та покращує безпеку польотів. Враховуючи розвиток військових повітряних перевезень, є всі підстави вважати, що для їх виконання все більше застосування будуть знаходити важкі транспортні літаки вантажопідйомністю 100 т і вище та пасажирські або літаки, що конвертуються місткістю 300-500 осіб і більше.

За типом встановлених двигунів сучасні транспортні літаки та вертольоти поділяються на газотурбінні (ВМД) і поршневі (ПД) двигуни.

Літаки з газотурбінними двигунами в свою чергу поділяються на турбореактивні двигуни (ТРД) і турбогвинтові (ТВД).

Літаки з турбогвинтовими двигунами мають набагато меншу порівняно з реактивними питому витрату палива.

В даний час все більшого поширення набувають транспортні літаки з двоконтурними турбореактивними двигунами (ДТРД), що займають по економічності проміжне положення між ТВД та ТРД.

З подальшим зростанням швидкостей транспортних літаків найбільш перспективними є літаки з безкомпресорними повітряно-реактивними двигунами, прямоточними (ПВРД) і пульсуючими (ПуВРД), що мають при крейсерських швидкостях польоту, що відповідають числу М > 3, кращі порівняно з ДТРД експлуатаційні характеристики.

З точки зору відомчої приналежності транспортні літаки (вертольоти) діляться на військові та літаки (вертольоти) цивільної авіації.

На військових літаках встановлюється додаткове обладнання, пов'язане з виконанням бойових завдань (озброєння, спеціальне обладнання для парашутного десантування військ, техніки та вантажів, система заправки паливом у польоті тощо).

Літні геометричні та вагові характеристики, загальне компонування, обладнання, що застосовується, а також конструкція окремих частин багато в чому визначаються призначенням літака. За призначенням всі літаки можна розділити на великі групи: 1) цивільні і 2) військові.

Громадянські літаки
Цивільні літаки служать для перевезення пасажирів, вантажів, пошти та обслуговування різних галузей народного господарства. Вони, своєю чергою, можна розділити на такі основні типи.

1. Пасажирські літаки, призначені для перевезення пасажирів, багажу та пошти. Залежно від дальності польоту, кількості пасажирів, що перевозяться, розмірів і типу злітно-посадкових смуг ці літаки діляться на магістральні та літаки місцевих ліній.

Магістральні літаки в залежності від дальності польоту поділяються на:
а) ближні з дальністю польоту 1000 ... 2000 км;
б) середні з дальністю польоту 3000 ... 4000 км;
в) дальні з дальністю польоту 5000 ... 11000 км.

Літаки місцевих ліній поділяються на:
а) важкі із кількістю пасажирів 50…55;
б) середні з кількістю пасажирів 24...30;
в) легені із кількістю пасажирів 8…20.

2. Вантажні літаки, основним призначенням яких є перевезення різних вантажів.

3. Літаки спеціального призначення, що застосовуються у різних галузях народного господарства. Це літаки полярної, сільськогосподарської, санітарної авіації, літаки для геологічної повітряної розвідки, охорони лісів від пожеж, для аерофотозйомок та інших.

4. Навчальні літаки, що служать для підготовки пілотів. Вони поділяються на літаки початкового навчання та перехідні. Літаки початкового навчання - це двомісні літаки, досить прості в освоєнні та техніці пілотування. Перехідні літаки служать для навчання пілотів польотам на серійних літаках, що знаходяться в експлуатації.

Військові літаки служать для завдання ударів з повітря по військових об'єктах, комунікаціях, живій силі і техніці супротивника в його тилу і в прифронтовій смузі, для захисту своїх об'єктів. розвідки, зв'язку та л.

Залежно від конкретного призначення військові літаки можна розділити такі типи.
1. Бомбардувальники, призначенням яких є завдання бомбових ударів по найважливіших об'єктах, вузлах комунікацій, місцях зосередження техніки та живої сили противника в його тилу.

2. Винищувачі, які служать для боротьби з авіацією супротивника. Вони, у свою чергу, можуть бути поділені на кілька видів:
а) винищувачі супроводу, призначені для захисту від авіації супротивника своїх бомбардувальників, що виконують бойове завдання;
б) фронтові винищувачі, які забезпечують захист своїх військ від
авіації противника над полем бою та у прифронтовій смузі;
в) винищувачі протиповітряної- винищувачі перехоплювачі, призначенням яких є перехоплення та знищення бомбардувальників противника.

3. Винищувачі-бомбардувальники, забезпечені бомбами, ракетним та гарматним озброєнням та службовці для завдання ударів по об'єктах у районі передових позицій та у ближньому тилу противника та для знищення його авіації.

4. Військово-транспортні літаки, що використовуються для висадки десантів, транспортування військ, техніки та різних вантажів.

5. Літаки-розвідники, призначені для ведення повітряної розвідки в тилу супротивника та над театром воєнних дій.

6. Допоміжні літаки, куди відносяться літаки-коригувальники, літаки зв'язку, санітарні тощо.

Основні частини літака та їх призначення
Основними частинами літака є крило, фюзеляж, оперення, шасі та силова установка.

Крило — поверхня літака, що несе, призначена для створення аеродинамічної підйомної сили.

Фюзеляж - основна частина конструкції літака, що служить для з'єднання в одне ціле всіх його частин, а також для розміщення екіпажу, пасажирів, обладнання та вантажів.

Оперення - несучі поверхні, призначені для забезпечення поздовжньої та шляхової стійкості та керованості.

Шасі - система опор літака, що служить для зльоту, посадки, пересування та стоянки на землі, палубі корабля або на воді.

Силова установка, основним елементом якої є двигун, є створення тяги.

Крім цих основних частин, літак має велику кількість різного обладнання. На ньому встановлюються системи основного управління (керування кермовими поверхнями: елеронами, кермами висоти та напрямки), допоміжного управління (управління механізацією, прибиранням та випуском шасі, стулки люків, агрегатами обладнання тощо), гідро та пневмо обладнання, електро обладнання, висотне, захисне обладнання та ін.

Класифікація літаків за схемою
Класифікація літаків за схемою проводиться з урахуванням взаємного розташування, форми, кількості та типу окремих складових літак агрегатів. Схема літака визначається такими ознаками:

1) кількістю та розташуванням крил;
2) типом фюзеляжу;
3) розташуванням оперення
4) типом шасі;
5) типом, кількістю та розташуванням двигунів.

Цілком охарактеризувати схему літака можна лише на підставі всіх цих п'яти ознак. Класифікація ж лише по одному або декільком з них не може дати повного уявлення про схему.

За кількістю крил усі літаки діляться на біплани і моноплани, а останні залежно від взаємного розташування крила і фюзеляжу — на низько плани, середньоплани та високоплани. На кшталт фюзеляжу літаки діляться одне фюзеляжні і двох балочные. В залежності від умов зльоту та посадки літаки можуть мати шасі колісне, лижне, поплавкове. У гідролітаків фюзеляж може виконувати функції та човни. Трапляються змішані схеми: колісно-лижне шасі, човен-амфібія.

Як основні двигуни на сучасних літаках застосовуються поршневі та газотурбінні двигуни. Найбільшого поширення нині отримали газотурбінні двигуни, які, своєю чергою, діляться на турбогвинтові, турбореактивні, турбореактивні з форсажем і турбореактивні двоконтурні. Вибір типу двигунів, їх кількості та розташування визначається значною мірою призначенням літака та істотно впливає на його схему.

· Обладнанням пасажирських місць зручними кріслами, знімними столи-ками, індивідуальним освітленням, вентиляцією та сигналізацією;

· Гарною звукоізоляцією кабін;

· Виконанням польотів на висотах, де «болтанка» менш можлива;

· Обладнанням пасажирських кабін буфетами, гардеробами, туалетами та іншими побутовими приміщеннями.

Особливі вимоги висуваються до вантажних літаків. До таких вимог відносяться:

· велика вантажопідйомність, збільшені розміри вантажних відсіків;

· Наявність засобів кріплення (швартування) вантажів;

· Наявність внутрішньолітакних засобів механізації навантаження-розвантаження.

Багато з перелічених вимог перебувають у протиріччі друг з одним: поліпшення одних показників тягне за собою погіршення інших. Наприклад, збільшення максимальної швидкості польоту викликає збільшення посадкової швидкості та погіршення його маневрених властивостей; виконання вимог міцності, жорсткості та живучості входить у суперечність із вимогою забезпечення мінімальної маси конструкції; збільшення дальності польоту досягається за рахунок зниження маси вантажу, що перевозиться, тощо. п. Неможливість одночасного виконання суперечливих вимог унеможливлює створення універсального літака або вертольота. Кожен літак або гелікоптер проектується для виконання конкретних завдань.

3.2. Класифікація літаків, вертольотів та авіадвигунів

3.2.1. Класифікація літаків

Розмаїття типів літаків та його використання у народному господарстві зумовило необхідність класифікації їх за різними ознаками.

Серед численних ознак, якими можна класифікувати літак, найважливішим є призначення. Ця ознака визначає вибір льотно-технічних характеристик, розміри та компонування літака, склад обладнання на ньому та ін.

Основне призначення цивільних літаків – перевезення пасажирів, пошти та вантажів, виконання різноманітних народногосподарських завдань. Відповідно до цього за призначенням літаки поділяються на: транспортні, спеціального призначення та навчальні. У свою чергу, транспортні літаки поділяються на пасажирські та вантажні. По максимальній злітній масі літаки розбиваються на класи, табл. 3.1.

Таблиця 3.1

Класи літаків

		Тип літака
	75 і більше	Іл-96, Іл-86, Іл-76Т, Іл-62, Ту-154, Ту-204
		Ан-12, Іл-18, Іл-114, Ту-134, Як-42
		Ан-24, Ан-26, Ан-30, Іл-14, Як-40
		Ан-2, Л-410, М-15

Навчальні літаки служать для підготовки та тренування льотного складу у різних навчальних закладах цивільної авіації.

Літаки спеціального призначення: сільськогосподарські, санітарні, для охорони лісів від пожеж та шкідників, для аерофотознімальних робіт та ін.

По дальності польоту літаки поділяються на магістральні дальні (понад 6000 км), магістральні середні (від 2500 до 6000 км), ближні магістральні (від 1000 до 2500 км) і літаки місцевих повітряних ліній (до 1000 км).

Вантажні літаки на відміну від пасажирських мають великі внутрішні обсяги у фюзеляжі, що дозволяють розміщувати різні вантажі, міцнішу підлогу, оснащені засобами механізації вантажно-розвантажувальних робіт.

Класифікація літаків наведено на рис. 3.1. З усього різноманіття конструктивних ознак виділено основні: кількість та розташування крил; тип фюзеляжу; тип двигунів, їх кількість та розташування; тип шасі; тип та розташування оперення.

Рис. 3.1. Класифікація літаків

Розглянемо особливості схем літаків, зумовлені кількістю та розташуванням крил.

За кількістю крил літаки поділяються на моноплани, тобто літаки з одним крилом, і біплани - літак з двома крилами, розташованими одне над іншим. Перевагою біпланів є найкраща, порівняно з монопланом, маневреність, завдяки тому, що при рівній площі крил розмах їх у біплана виявляється меншим. Проте внаслідок великого лобового опору через наявність міжкрилових стійок і розчалок швидкість польоту біплана невелика. Нині у цивільній авіації експлуатується літак – біплан Ан-2.

Більшість сучасних літаків виконано за схемою моноплану.

За розташуванням крила щодо фюзеляжу розрізняють низькоплани, середньоплани та високоплани. Кожна з цих схем має свої переваги та недоліки.

Низькоплан- Літак з нижнім розташуванням крила щодо фюзеляжу. Саме така схема набула найбільшого поширення для пасажирських літаків, завдяки наступним її перевагам:

· невелика висота стійок шасі, що зменшує їх вагу, спрощує прибирання та зменшує обсяги відсіків для розміщення шасі;

· Зручність обслуговування авіадвигунів при розміщенні їх на крилі;

· При аварійній посадці на воду забезпечується хороша плавучість;

· при аварійній посадці з невипущеними шасі приземлення відбувається на крило, що створює менше небезпеки для пасажирів та екіпажу.

Недоліком такої схеми є те, що в зоні стику крила та фюзеляжу порушується плавність відсікання повітря і виникає додатковий опір, що називається інтерференцією, та обумовлений взаємним впливом крила на фюзеляж. Крім того, на низькоплані важко захистити двигуни, розташовані на крилі та під крилом, від попадання пилу та бруду із злітно-посадкової смуги аеродрому.

Середньоплан- Літак, у якого крило розташоване приблизно по середині висоти фюзеляжу. Основна перевага такої схеми – мінімальний аеродинамічний опір.

До недоліків схеми відноситься труднощі з розміщенням пасажирів, вантажів та обладнання у середній частині фюзеляжу у зв'язку з необхідністю пропускати тут поздовжні силові елементи крила.

Високоплан- Літак, у якого крило кріпиться до верхньої частини фюзеляжу.

Основні переваги високоплану:

· Мала інтерференція між крилом та фюзеляжем;

· Розміщення двигунів високо від поверхні злітно-посадкової смуги. Що зменшує ймовірність їх пошкодження при рулюванні по землі;

· Хороший огляд нижньої півсфери;

· Можливість максимального використання внутрішніх обсягів фюзеляжу, обладнання його засобами механізації завантаження та вивантаження великогабаритних вантажів.

До недоліків схеми відносяться:

· Проблема прибирання шасі в крило;

· Складність обслуговування двигунів, розташованих на крилі;

· Необхідність посилення конструкції нижньої частини фюзеляжу.

· За типом фюзеляжу літаки поділяються на однофюзеляжні, двобалочні з гондолою та «літаюче крило».

· Більшість сучасних літаків має один фюзеляж, до якого кріпляться крило та хвостове оперення.

· Залежно від типу та розташування оперення розрізняють три основні схеми:

· Заднє розташування оперення;

· Переднє розташування оперення (літак типу «качка»);

· Безхвости літаки типу «літаюче крило».

Більшість сучасних цивільних літаків виконано за схемою з хвостовим оперенням. Ця схема має такі різновиди:

· Центральне розташування вертикального кіля та горизонтальне розташування стабілізатора;

· Рознесене вертикальне оперення;

· V - образне оперення без вертикального кіля.

За типом шасі літаки поділяються на сухопутні та гідролітаки. Шасі у сухопутних літаків, як правило, колісне, іноді – лижне, а у гідролітаків – човнове або поплавкове.

Літаки розрізняють також за типом, числом і розташуванням двигунів. На сучасних літаках застосовуються поршневі (ПД), турбогвинтові (ТВД) та турбореактивні (ТРД) двигуни.

Розташування двигунів на літаку залежить від їх типу, кількості, габаритів та призначення літака.

У багатомоторних літаків двигуни з повітряними гвинтами встановлюються в гондолах перед крилом.

Турбореактивні двигуни розташовуються найчастіше на пілонах під крилом або у хвостовій частині фюзеляжу.

Переваги першого способу: безпосереднє розміщення двигунів у потоці повітря, розвантаження крила від згинальних та крутних моментів, зручність обслуговування двигунів. Однак близьке від землі розташування двигунів пов'язане з небезпекою влучення в них сторонніх предметів з поверхні ЗПС. На літаках з таким розташуванням двигунів створюються також труднощі в пілотуванні з одним двигуном, що відмовив (політ з несиметричною тягою).

При другому способі основними перевагами є такі:

· Чисте від надбудов крило має кращі аеродинамічні характеристики (є більше місця для розміщення засобів механізації крила);

· не виникає складнощів при польоті з несиметричною тягою;

· Зменшується рівень шуму в кабінах літака;

· крило захищає двигуни від бруду під час руху літака по землі;

· Забезпечується зручне обслуговування двигунів.

Однак така схема розміщення двигунів має й серйозні вади:

· горизонтальне оперення необхідно переносити вгору та посилювати кіль;

· фюзеляж у зоні розташування двигунів необхідно посилювати;

· Центрування літака в міру вигоряння палива переміщається назад, зменшуючи стійкість літака.

3.2.2. Класифікація вертольотів

Класифікуються вертольоти за різними ознаками, наприклад, за величиною максимальної злітної маси (табл. 3.2), по виду приводу несучого гвинта, кількості і розташування гвинтів або способу компенсації реактивного моменту цих гвинтів.

Таблиця 3.2

Класи вертольотів

	Максимальна злітна маса, т	Тип вертольота
	10 і більше	Мі-6, Мі-10К, Мі-26
		Мі-4, Мі-8, Ка-32
		Ка-15, Ка-18

У більшості сучасних вертольотів гвинт, що несе, приводиться в обертання через трансмісію від двигунів. Несучий гвинт при обертанні відчуває дію реактивного моменту Мреакт, що є реакцією повітря і рівного Мкр - моменту, що крутить, на валу несучого гвинта. Цей момент прагне обертати фюзеляж вертольота у бік, протилежний до обертання гвинта. Спосіб врівноважування реактивного моменту гвинта, що крутить, в основному визначає схему вертольота.

Одногвинтова схема вертольота в даний час є найпоширенішою. Гелікоптери такої схеми мають кермовий гвинт, який виноситься на довгій хвостовій балці за площину обертання несучого гвинта. Тяга, створювана кермовим гвинтом, дозволяє врівноважити реактивний крутний момент несучого гвинта. Змінюючи величину тяги кермового гвинта, можна здійснювати колійне керування, тобто поворот вертольота щодо вертикальної осі.

Гелікоптери одногвинтової схеми простіше інших у виготовленні та експлуатації і тому дозволяють отримати відносно меншу вартість льотної години. Такі вертольоти компактні, мають мало виступаючих частин частин і дозволяють досягати більшої ніж при інших схемах швидкості польоту. Іноді збільшення швидкості на таких вертольотах може встановлюватися крило. При підльоті з горизонтальною швидкістю на крилі створюється підйомна сила, внаслідок чого гвинт, що несе, частково розвантажується.

Витрати потужності (8 ... 10%) двигуна на привід рульового гвинта, а також наявність довгої хвостової балки і несучого гвинта великого діаметра, що збільшують габарити вертольота, є недоліками даної схеми.

У вертольотів двогвинтової схеми врівноваження реактивного моменту, що крутить, досягається повідомленням гвинтам протилежного обертання. Двогвинтові вертольоти можуть мати різне розташування гвинтів, що несуть.

При співвісній схемі вал верхнього гвинта, що несе, проходить через порожній вал нижнього. Площини обертання гвинтів віддалені один від одного на таку відстань, щоб виключити зіткнення між лопатями верхнього і нижнього гвинтів на всіх режимах польоту.

Шляхове управління вертольота співвісної схеми забезпечується за рахунок установки лопат верхнього та нижнього гвинтів на різні кути атаки. Різниця крутних моментів на несучих гвинтах, що виникає при цьому, викликає поворот вертольота в потрібну сторону. Іноді для поліпшення колійного управління такі вертольоти забезпечують кермами повороту, дія яких подібна до дії аналогічних кермів на літаку. Поздовжнє та поперечне управління здійснюється одночасним нахилом площин обертання обох несучих гвинтів.

Гелікоптери з співвісними гвинтами найбільш компактні і маневрені, мають високу вагову віддачу. Однак складність конструкції подорожчає їх виробництво та викликає труднощі при експлуатації, особливо в регулюванні несучої системи.

При поздовжній схемі несучі гвинти встановлюються на кінцях фюзеляжу. Гвинти, що обертаються в протилежні сторони, синхронізовані так, що лопаті одного гвинта при обертанні завжди проходять між лопатями іншого.

Перевагою гелікоптерів такої схеми є довгий, ємний фюзеляж, усередині якого можна перевозити великогабаритні вантажі. В іншому вони поступаються вертольотам одногвинтової схеми.

Вертольоти поперечної схеми мають два несучі гвинти, розташовані в одній площині з боків фюзеляжу і обертаються в протилежні сторони. З погляду аеродинаміки така схема розташування гвинтів є найбільш доцільною, але крила, що сприймають навантаження від несучих гвинтів, значно ускладнюють конструкцію вертольота.

3.2.3. Класифікація авіадвигунів

Силова установка призначена для створення тяги. Вона включає в себе двигуни, повітряні гвинти, гондоли двигунів, паливну та масляну системи, системи управління двигунами та гвинтами та ін.

Залежно від конструктивної схеми та характеру робочого процесу двигуни класифікуються на поршневі (ПД) та газотурбінні (ВМД). У свою чергу газотурбінні двигуни поділяються на: турбореактивні (ТРД), турбогвинтові (ТВД), двоконтурні турбореактивні (ДТРД) та турбо-вентиляторні, рис. 3.2.

Рис. 3.2. Класифікація авіаційних двигунів

ТРД мають малу масу, компактні та надійні, тому займають домінуюче становище на магістральних літаках.

ТВД у порівнянні з турбореактивними мають більш високу паливну ефективність, проте їх конструкція суттєво обтяжена та ускладнена повітряним гвинтом, що викликає до того ж додаткові шуми та вібрації. ТВД встановлюють на крилі та в носовій частині фюзеляжу. Наявність повітряного гвинта на ТВД обмежує інші варіанти розташування на літаку.

ТРД встановлюють на крилі, під крилом на пілонах, усередині фюзеляжу, на його бортах у хвостовій частині. Кожна схема розміщення має свої переваги та недоліки та вибирається з урахуванням типу та числа двигунів, аеродинамічних, міцнісних, масових та інших особливостей літаків, умови їх експлуатації.

Поршневі двигуни працюють на авіаційному бензині марок Б-70 та Б-95/130. Теплова енергія палива, що згоріло в циліндрах, перетворюється на механічну і передається повітряному гвинту, який створює необхідну для польоту тягу. Газотурбінні двигуни працюють на авіаційній гасі марок Т-1, ТС-1, РТ-1 та ін.

Запитання для самоконтролю

1. Що таке "безпека польотів" і чим вона забезпечується?

2. Чим досягається "економічність експлуатації"?

3. За якими напрямками забезпечується «комфорт пасажирів»?

4. За якими ознаками та критеріями класифікуються літаки? Недоліки та переваги різних конструктивних схем літаків.

5. Класифікація вертольотів. Які переваги та недоліки різних конструктивних схем гелікоптерів?

6. Дайте класифікацію авіаційних двигунів.

РОЗДІЛ 4

АЕРОДИНАМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЛІТАКІВ

Аерогідромеханіка (механіка рідини та газу) – наука, що вивчає закони руху та рівноваги рідин та газів та їх силової взаємодії з обтічними тілами та граничними поверхнями. Механіка рідкого тіла називається гідромеханікою, механіка газоподібного тіла аеромеханікою.

Розвиток повітроплавання, авіації та ракетобудування викликало особливий інтерес до досліджень силової взаємодії повітря та інших газоподібних середовищ з рухомими в них тілами (крилом літака, фюзеляжем, гвинтом, дирижаблем, ракетами та ін.).

Проектування та розрахунок літаків (вертольотів) ґрунтуються на результатах, отриманих при аеродинамічних дослідженнях. З урахуванням аеродинаміки можна вибрати раціональну зовнішню форму літака (зважаючи на взаємний вплив його частин) і встановити допустимі відхилення у зовнішній формі, розмірах і т. д. при виробництві.

Для аеродинамічного розрахунку літака, тобто для визначення можливого діапазону швидкостей, висоти та дальності польоту, а також для визначення таких характеристик, як стійкість та керованість літака, необхідно знати сили та моменти, що діють на літак у польоті. Для розрахунку літального апарату на міцність, надійність та довговічність необхідно знати величини та розподіл аеродинамічних сил по поверхні літального апарату. Відповідь на ці запитання дає аеродинаміка.

Дуже важливим є визначення аеродинамічних характеристик літального апарату та його частин при польоті з надзвуковими швидкостями, так як у цьому випадку виникає додаткове завдання визначення температури на поверхні тіла, що обтікається, і теплообміну між тілом і середовищем.

Аеродинаміка грає велику роль не тільки при проектуванні та розрахунку літака (вертольота), але і при його льотних випробуваннях. За допомогою даних аеродинаміки та льотних випробувань встановлюють допустимі для літака величини деформацій, швидкостей, а також режими польоту, у яких мають місце вібрації, тряска літака тощо.

Відповідно до принципу механічної взаємодії кількох рухомих тіл сили, що діють на тіла, залежать від їхнього відносного руху. Суть відносного руху полягає в наступному: якщо в нерухомому повітряному середовищі тіло (наприклад, літак у повітрі) рухається прямолінійно та рівномірно зі швидкістю V∞, то при одночасному сполученні середовищі та літаку зворотної швидкості V∞ виходить так зване «навернене» рух, т.е. е. на нерухоме тіло набігає повітряний потік (наприклад, потік повітря в аеродинамічній трубі на нерухому модель літака), при цьому швидкість непорушного потоку дорівнює V∞. І в тому, і в іншому випадку рівняння, що описують відносний рух літака та повітря, будуть інваріантними. Таким чином, аеродинамічні сили залежать лише від відносного руху тіла та повітря.

Для визначення аеродинамічних характеристик тіл (наприклад, крила, фюзеляжу та інших частин літального апарату), обтічних повітряним потоком, в даний час використовується синтез теоретичних та експериментальних методів: теоретичні розрахунки з введенням експериментальних поправок або експериментальні дослідження з урахуванням теоретичних поправок (на вплив варіації критеріїв подібності, граничних умов тощо). І в тому, і в іншому випадку для розрахунків та обробки експериментальних даних широко використовуються ЕЦВМ. Після створення літального апарату завершальним етапом є льотні випробування – експеримент у натурних умовах. Безпосередньо виміряти аеродинамічні сили (як, наприклад, в аеродинамічних трубах) при льотних випробуваннях важко. Аеродинамічні характеристики визначаються шляхом обробки виміряних під час випробувань параметрів руху літального апарату щодо повітря. Для отримання достатньої кількості досвідчених даних польоти виробляються різних режимах.

Аеродинаміка поділяється на два розділи: аеродинаміку малих швидкостей та аеродинаміку великих швидкостей. Принципова відмінність цих розділів полягає в наступному. Коли швидкості перебігу газу невеликі в порівнянні зі швидкістю поширення звуку, при аеродинамічних розрахунках газ вважається практично стисливим і зміни щільності та температури газу всередині потоку не враховуються. При швидкостях, порівнянних зі швидкістю звуку, явищем стисливості газу знехтувати не можна.

Завдання аеродинаміки – визначення аеродинамічних сил, яких залежать льотні дані літальних апаратів.

Аеродинаміка як наука розвивається у двох напрямках: експериментальному та теоретичному. Теоретична аеродинаміка знаходить рішення шляхом аналізу основних законів гідроаеродинаміки. Однак через складність процесів, що відбуваються при обтіканні тіл потоком повітря, рішення при цьому виходять наближеними та вимагають експериментальної перевірки. Експериментальні аеродинамічні дослідження проводяться в аеродинамічних трубах або в ході льотних випробувань літальних апаратів. Літні випробування дозволяють отримати найдостовірніші результати. Вони проводяться, як правило, після того, як проведені випробування в аеродинамічних трубах.

Аеродинамічними трубами називаються пристрої, в яких штучно створюється повітряний потік, що обдує ті тіла, що вивчаються.

На рис. 4.1 показано схему аеродинамічної труби. Вентилятор - 2 приводиться в обертання електродвигуном - 1, що дозволяє змінювати оберти вентилятора і швидкість повітряного потоку. Повітря, що всмоктується вентилятором, пройшовши через зворотний канал - 4, надходить через звуження сопло - 7 в робочу частину - 6, де поміщається випробувана модель - 5. Для втрат енергії повітря і запобігання появі вихорів при поворотах потоку служать напрямні лопатки - 9 а для створення рівномірного потоку в робочій зоні – решітка, що спрямовує, 8. Розширюється дифузор - 3 зменшує швидкість і відповідно підвищує тиск повітряного потоку, що дозволяє зменшити енергію, необхідну для обертання вентилятора.

Рис. 4.1. Схема аеродинамічної труби: 1 – електродвигун; 2 – вентилятор; 3 – дифузор; 4 – зворотний канал; 5 – випробувана модель; 6 – робоча частина аеродинамічної труби; 7 – сопло; 8 - решітка, що спрямовує; 9 – напрямні лопатки

Для визначення аеродинамічних сил, що діють на модель, що випробовується, застосовуються аеродинамічні ваги. Тиск різних ділянках поверхні моделі вимірюються через спеціальні отвори, з'єднані з манометрами.

4.2. Характеристика повітряного середовища

Атмосфероюназивається газоподібна оболонка, що оточує земну кулю і обертається разом з ним. Верхня частина атмосфери складається з іонізованих частинок, захоплених магнітним полем Землі. Атмосфера плавно перетворюється на космічний простір і його точну висоту встановити важко. Умовно висота атмосфери приймається рівною 2500 км: на цій висоті густина повітря близька до густини космічного простору. Дослідження стану атмосфери представляє великий інтерес для авіації, так як від властивостей атмосфери залежать льотно-технічні характеристики літальних апаратів. Особливо великий вплив на льотні якості літаків надають метеорологічні умови.

Зі збільшенням висоти падають тиск та щільність повітря. Параметри атмосферного повітря залежать від координат місця та змінюються з часом у певних межах. Значний вплив стан атмосфери надає сонячне випромінювання. Атмосфера перебуває у безперервному взаємодії із космосом і землею.

Атмосфера складається з декількох шарів: тропосфери, стратосфери, хімосфери, іоносфери, мезосфери та екзосфери, кожен з яких характеризується різною зміною температури залежно від висоти.

У тропосфері температура зменшується з висотою загалом на 6,5оС кожні 1000 м. У стратосфері температура залишається майже постійної. У хімосфері теплий шар повітря лежить між двома холодними шарами, тому там існують два температурні градієнти: внизу в середньому +4оС на 1000 м, а вгорі - 4,5оС на 1000 м. В іоносфері температура зростає з висотою в середньому на 10о0 м. У мезосфері температура зменшується загалом на 3оС кожні 1000 м.

Всі шари відокремлюються один від одного зонами завтовшки 1...2 км, званими паузами: тропопаузою, стратопаузою, хімопаузою, іоноузою, мезопаузою.

Найбільший інтерес для авіації нині представляють нижні шари атмосфери, зокрема, тропосфера та стратосфера.

Багаторічні спостереження стану атмосфери в різних місцях земної кулі показали, що значення температури, тиску і щільності повітря змінюються в залежності від часу і координат у дуже широких межах, що не дозволяє точно прогнозувати стан атмосфери в момент польоту. Наприклад, у Сибіру температура повітря взимку лише на рівні океану іноді досягає 2130 До, а влітку 3030 До, т. е. протягом року вона змінюється на 900 До. У середніх широтах температура змінюється приблизно 700К. У змінах температури різних висотах також спостерігаються значні коливання.

Значний діапазон коливань тиску: у середніх широтах лише на рівні океану воно змінюється від 1,04 до 0,93 бар (1 бар = 105 Н/м2). Відповідно, змінюється і щільність повітря (у межах ±10%).

Відсутність визначеності у стані атмосфери у Землі та у зміні її стану зі збільшенням висоти створює серйозні труднощі при аеродинамічних розрахунках льотних характеристик літаків, які, як зазначалось, істотно залежать від стану атмосфери. Необхідність уніфікації розрахунків, пов'язаних з літальними апаратами, при вирішенні практичних завдань, наприклад, одноманітне градуювання різних льотних приладів (вимірники швидкості, махометри і т. п.), перерахунок льотних характеристик літаків, отриманих в конкретних атмосферних умовах, інші призвела до створення умовних характеристик атмосфери – стандартів. Такі характеристики були введені у формі умовної стандартної атмосфери (СА), яка має вигляд таблиці чисельних значень фізичних параметрів атмосфери для висот.

4.3. Загальні відомості про закони аеродинаміки

Аеродинаміка дає якісне пояснення природи виникнення аеро-динамічних сил і за допомогою спеціальних рівнянь дозволяє отримати їхню кількісну оцінку.

При вивченні руху газів виходять із припущення, що ці середовища складні з безперервним розподілом речовини в просторі. Потік газу (надалі – повітря) в аеродинаміці прийнято представляти як окремих елементарних струмків – замкнутих контурів як трубок, через бічну поверхню яких повітря перетікати неспроможна, рис. 4.2. Якщо в будь-якій точці простору швидкість, тиску та інші характерні величини постійні за часом, то такий рух називається встановився.

Застосуємо до течії повітря в струмку два найбільш загальні закони природи: закон збереження маси і закон збереження енергії.

Для випадку встановленого руху закон збереження маси зводиться до того, що через кожне поперечний переріз струмка в одиницю часу протікає одна і та маса повітря, тобто:

ρ1f1V1= ρ2f2V2=const,

де: ρ – масова щільність повітря у відповідних перерізах цівки;

f – площа перерізу струмка;

V – швидкість повітря.

Це рівняння називається рівнянням нерозривності струменя.

Твір ρfV являє собою секундну масову витрату повітря, що проходить через кожне поперечний переріз струмка.

Для малих швидкостей течії (М< 0,3), когда сжимаемостью воздуха мож-но пренебречь, то есть когда ρ1 = ρ2 = const, уравнение неразрывности прини-мает вид:

f1V1 = f2V2 = const.

З цього рівняння видно, що за М< 0,3 скорость течения в струйке обратно пропорциональна площади ее поперечного сечения.

У міру збільшення швидкості вона починає все помітніше впливати на зміну густини. Наприклад, при швидкостях, відповідних М > 1, зростання швидкості можливе лише зі збільшенням площі поперечного перерізу струмка.

https://pandia.ru/text/78/049/images/image012_75.gif" width="29" height="38 src=">, а потенційна енергія, рівна роботі сили тяжіння щодо деякого умовного рівня, - mgh1. Крім цього, повітря, що знаходиться вище першого перерізу, виконує роботу, просуваючи масу повітря, що знаходиться попереду, ця робота визначається як добуток сили тиску P1f1 на шлях V1Δτ.Таким чином, енергія повітря, що передається за час Δτ через переріз I-I, складе:

Таким чином, на підставі рівняння Бернуллі можна зробити висновок, що при русі, що встановився, сума статичного тиску і динамічного тиску є величина постійна.