ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
устройство
для управляемого полёта в атмосфере планеты или космич. пространстве. Полёт
Л. а. представляет собой движение над твёрдой и жидкой поверхностью планеты
или в межпланетном пространстве. Л. а. используются для перевозки людей
и грузов, выполнения с.-х., строительных и др. работ, для ведения науч.
исследований и в воен. целях. Различают атмосферные и космич. Л. а. Атмосферные
Л. а. делятся, в свою очередь, на 2 класса: аппараты тяжелее воздуха и
аппараты легче воздуха. также и сопротивление среды. Действие этих сил
преодолевается с помощью подъёмной силы и силы тяги. Подъёмная сила и сила
тяги используются также для управления Л. а., т. е. для изменения величины
и направления скорости полёта и положения Л. а. в пространстве. При создании
подъёмной силы используются след, принципы: аэростатический, аэродинамический
и газодинамический. Аэростатич. сила, или архимедова сила, образуется из-за
разности плотностей газа, заполняющего оболочку аппарата, и атмосферного
газа (рис. 1) и приложена к внеш. поверхности Л. а. (см. Архимеда закон).
Она направлена вертикально вверх. Аэродинамич. сила также приложена к внеш.
поверхности Л. а. (см. Аэродинамические сила и момент). Образуется из-за
перепада давления на поверхности Л. а. при несимметричном обтекании его
газообразной средой атмосферы (рис. 2). Составляющая аэродинамич. силы,
перпендикулярная направлению полёта, образует подъёмную силу, а составляющая,
параллельная скорости полёта и направленная назад,- аэродинамическое сопротивление
(лобовое сопротивление). Отношение подъёмной силы к силе лобового сопротивления
наз. аэродинамич. качеством. В га- зодинамич. принципе создания подъёмной
силы используется давление газа, действующего на внутр. поверхность реактивного
двигателя (рис. 3).
Сила тяги, создаваемой воздушным
винтом или реактивным двигателем, численно равна приращению количества
движения рабочего вещества, отбрасываемого ими. Винт приводится во вращение
двигателем (поршневым или газотурбинным). Реактивные двигатели делятся
на воздушно-реактивные и ракетные. При создании тяги с помощью винта и
воздушно-реактивного двигателя в качестве рабочего вещества используется
атмосферный газ (воздух). Рабочее вещество для ракетного двигателя транспортируется
на самом Л. а., поэтому ракетный двигатель можно применять как на атмосферных,
так и на космич. Л. а. Если направление силы, создаваемой винтом или реактивным
двигателем, наклонено к направлению полёта, то эту силу можно разложить
на две составляющие. Составляющую, перпендикулярную направлению полёта,
можно рассматривать как подъёмную силу, а составляющую, параллельную направлению
полёта,- как тягу. Создание тяги и подъёмной силы связано с затратами энергии.
Источником энергии может быть хим. или ядерное горючее, запасённое на борту
Л. а. На космич. Л. а. возможно также использование солнечной энергии.
Обычно полёт Л. а. состоит из 3 осн.
этапов: взлёт (разбег, набор высоты), установившийся полёт (полёт с приблизительно
постоянной скоростью), посадка (торможение, спуск до соприкосновения с
поверхностью планеты, пробег). Некоторые этапы полёта могут отсутствовать
или принимать специфич. форму. Для разбега Л. а. при взлёте обычно используется
тяга двигателя, установленного на нём. Взлёт Л. а. может осуществляться
также и с помощью дополнит, устройств вне Л. а. (катапульт и т. п. средств).
На втором этапе, при установившемся прямолинейном полёте, равнодействующая
всех сил, приложенных к Л. а., равна нулю. На третьем этапе полёта скорость
постепенно уменьшается до небольшой величины, обеспечивающей безопасную
посадку. Для этого необходима сила, почти уравновешивающая силу притяжения,
и сила, тормозящая движение по горизонтали.
Л. а. легче воздуха (аэростат, дирижабль
и др.). Подъёмная сила аппаратов этого класса имеет аэростатич. природу
(см. Воздухоплавание). Аэростат развивает лишь подъёмную силу, горизонтальное
перемещение его происходит под действием ветра. Управление аэростатом сводится
к изменению высоты полёта путём изменения его массы и объёма. Дирижабль
имеет возд. винты, создающие тягу и приводимые во вращение двигателями.
Кроме средств управления, применяемых на аэростате, на дирижабле используются
аэродинамич. органы управления.
Л. а. тяжелее воздуха (самолёт, планёр,
вертолёт, винтокрыл и др.). Подъёмная сила аппаратов этого класса имеет
преим. аэродинамич. природу. В нек-рых случаях используется также газодина-
мич. принцип создания подъёмной силы. Наиболее распространённым Л. а. тяжелее
воздуха является самолёт. Его подъёмная сила создаётся в основном крылом.
Значительно меньшая доля приходится на подъёмную силу фюзеляжа и оперения.
Рассматриваются проекты самолётов для полётов при гиперзвуковых скоростях,
у к-рых подъёмная сила образуется в основном корпусом. Тяга самолёта создаётся
с помощью поршневого, газотурбинного или воздушно-реактивного двигателя.
Ракетный двигатель используется на самолёте редко (обычно в качестве ускорителя).
На перспективном гиперзвуковом самолёте возможно применение ракетного двигателя
как основного средства создания тяги. Для управления самолётом используются
аэродинамич. органы (рули высоты и направления, элероны и др.), а также
регулирование тяги.
Подъёмная сила крыла изменяется приблизительно
пропорционально квадрату скорости полёта. При малых скоростях подъёмной
силы крыльев недостаточно для отрыва самолёта от поверхности Земли. Для
каждого самолёта существует минимальная скорость, при к-рой подъёмная сила
крыльев равна весу самолёта. Поэтому при взлёте необходим разбег для достижения
её, а при посадке- пробег, чтобы погасить её до нуля. Это приводит к необходимости
создания аэродромов со взлётно-посадочными полосами. Уменьшение минимальной
скорости и соответствующее сокращение длины разбега и пробега самолёта
достигается увеличением подъёмной силы крыльев посредством их механизации
(см. Механизация крыла), сдува пограничного слоя с крыла, обдува крыла
струями от винтов и др. способами. Подъёмная сила может быть создана и
на неподвижном Л. а. Для этого его крылья должны двигаться относительно
корпуса Л. а. Известны проекты Л. а. с машущими и колеблющимися крыльями
(см.Орнитоптер). Применение нашёл вертолёт - Л. а. с несущим винтом, к-рый
можно рассматривать как систему крыльев, вращающихся в плоскости, близкой
к горизонтальной. Наклоном плоскости вращения несущего винта к направлению
полёта создаётся не только подъёмная сила, но и тяга. У винтокрыла подъёмная
сила создаётся одновременно несущим винтом и крылом, а тяга - тянущим и
несущим винтами. Существуют самолёты с винтами, плоскость вращения к-рых
может изменяться от вертикальной до горизонтальной. Такие самолёты могут
совершать вертикальные взлёт и посадку. Использование газодинамич. принципа
создания подъёмной силы позволяет и реактивному самолёту летать с малыми
скоростями и даже "висеть", совершать вертикальные или укороченные взлёт
и посадку. Это достигается отклонением вниз струи реактивного двигателя
посредством поворотных сопл либо использованием спец. вертикально установленных
двигателей.
Космические Л. а. (автоматическая
межпланетная станция, искусственный спутник Земли, космический корабль
и др.). Из-за большого своеобразия различных этапов космич. полёта и для
уменьшения массы космич. Л. а. делается составным. Он состоит обычно из
след, автономных частей: стартовой ракеты, орбитального или межпланетного
корабля, аппарата, спускаемого на поверхность планеты. Стартовая ракета
разгоняет Л. а. до скорости, равной или превосходящей орбитальную. Управление
ракетой осуществляется изменением значения и направления действия тяги
ракетных двигателей, а при наличии на планете атмосферы - также посредством
аэродинамич. рулей. Орбитальным и межпланетным кораблями управляют с помощью
ракетных двигателей. При дальних межпланетных перелётах ракетный двигатель
целесообразно применять также для дополнит, разгона межпланетного корабля
с целью уменьшения продолжительности перелёта. Эффективность использования
рабочего вещества в двигателе тем выше, чем больше скорость истечения газа
из него. В ракетных двигателях поток газа разгоняют путём его нагревания
за счёт сжигания хим. горючего и последующего расширения в сопле. Разрабатываются
двигатели для космич. Л. а., в к-рых поток газа разгоняется до более высоких
скоростей, чем в ракетном двигателе (плазменный двигатель, электростатический
ракетный двигатель). На окончат, этапе полёта космич. Л. а. производится
его торможение ракетным двигателем. Если планета лишена атмосферы, то ракетным
двигателем пользуются вплоть до соприкосновения с её поверхностью. Если
же планета имеет атмосферу, то используются также аэродинамич. силы. Применение
подъёмной силы позволяет снизить перегрузки, неблагоприятно действующие
на человека. Управление Л. а. при спуске путём изменения его подъёмной
силы позволяет повысить точность посадки. Рассматриваются проекты перспективных
космич. аппаратов, к-рые смогут взлетать с поверхности Земли и садиться
на её поверхность подобно самолёту.
Лит. см. при статьях Авиация, Воздпхоплавание
и Космонавтика. В. Я. Боровой.
Рис. 1. Схема, поясняющая аэростатический
принцип создания подъёмной силы (а), и внешний вид дирижабля (б). На схеме:
р - давление „ воздуха; р - плотность воздуха; д - ускорение силы тяжести;
h - высота
Силы, действующие на Л. а. На Л.
а. действует притяжение планеты и др. небесных тел, а при полёте в атмосфере
<-
аэростата;
Об.- оболочка аэростата. Стрелками показано распределение давления на поверхности
летательного аппарата, окружённого воздухом.
Рис. 2. Схемы, поясняющие аэродинамический
принцип создания подъёмной силы крылом дозвукового самолёта (а), несущим
винтом вертолёта (в), и внешний вид самолёта Ту-124 (б), вертолёта Ми-10
(г). На схемах: р - давление воздуха; а - угол атаки крыла; V - скорость
полёта; У - подъёмная сила; Р - тяга; НВ - несущий винт; ПВ - плоскость
вращения несущего винта. Стрелками показано распределение давления на поверхности
крыла.
Рис. 3. Схема, поясняющая газодинамический
принцип создания подъемной силы (а), и внешний вид самолета с вертикальным
взлётом и посадкой (б). На схеме: 1 - компрессор; 2 - форсунки для распыления
топлива; 3 - камера сгорания; 4 - газовая турбина; 5 - газодинамические
рули, отклоняющие струю газов и, следовательно, изменяющие направление
тяги двигателя.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я