Розвиток авіації
Розвиток авіації
Людина не має крил і по відношенню ваги свого тіла до ваги м'язів він у 72 рази слабкіше птиці ... Але я думаю, що він полетить, спираючись не на силу своїх скул, а на силу свого розуму.
М. Є. Жуковський
У протоколі засідання Російської Академії наук від 1 липня 1754 є запис:
"Високоповажні радник Ломоносов показав винайдену ним машину, названу їм аеродроміческой (воздухобежной), що повинна вживатися для того, щоб за допомогою крил, рухомих горизонтально, в різних напрямках силою пружини, який зазвичай забезпечуються годинник, натискати повітря (відкидати його вниз), від чого машина буде підніматися у верхні шари повітря, з тією метою, щоб можна було обстежити умови (состянии) верхнього повітря за допомогою метеорологічних машин (приладів), приєднаних до цієї аеродроміческой машині ".
У тому ж році М. В. Ломоносов писав, що він зробив машину, яка, сама піднімаючись вгору, може підняти маленький термометр. Це була модель вертольота і перший у світі документована практична розробка літального апарата важче повітря - вертольота з співвісні гвинтами. Однак для того часу реалізація ідеї вертольота виявилася занадто складною.
Російські вчені і винахідники продовжували працювати над створенням апаратів важчих за повітря.
У 1854-1855 рр.. до ідеї створення літака звертається військовий моряк Російського флоту А. М. Можайський. Серйозними пошуками у цій сфері він став займатися дещо пізніше і прийшов до висновку про необхідність розробити літальний апарат з жорстким крилом, в роботі якого використовувався б принцип динамічного польоту.
Науковий експеримент - це був єдино можливий у той час шлях дослідження для оцінки можливого значення підйомної сили при різних кутах атаки, а також визначення необхідної площі крила і швидкості польоту, адже аеродинаміка як наука тоді ще не існувало, і лише через 25-30 років основи її були закладені великим російським ученим Н. Е. Жуковським. Не було ще аеродинамічних труб і аеродинамічних вагів для випробування моделі літака. А. Ф. Можайський створив прилад - що рухається візок з прообразом аеродинамічних ваг. За допомогою цього приладу можна було здійснювати розрахунок лобового опору і підйомної сили крила літака. Виготовлені Можайським моделі літака з приводом гвинтів від пружини демонструвалася в польоті в Петербурзькому манежі.
У березні 1879 р. було поставлено питання про будівництво літака у натуральну величину .*) Винахідник підготував пояснювальну записку, особисто розробив креслення літака і кошторис необхідних витрат. Заявку на винахід літака з описом апарату і креслення Можайський направив до Департаменту торгівлі і мануфактури, а 15 листопада 1881 йому була видана "привілей" (патент) на "повітроплавний снаряд".
За проектом літак повинен був складатися з човна (фюзеляжу), в якій передбачалося розмістити екіпаж, силову установку і приладове обладнання, двох парових двигунів і чотириколісного шасі. На літаку були передбачені тросове управління, штурвал, ємності для пального та деякі прилади, в тому числі і оптичний приціл.
У конструкції першого літака була застосована моноплана схема, яка має найбільше поширення і в сучасному літакобудуванні. Довжина човна відповідно до прийнятих у той час одиницями вимірювання дорівнювала 20,5 аршини, довжина кожного крила - 15 аршини, ширина крила - 20 аршин.
6 липня 1882 побудований літак був оглянутий спеціальною комісією Штабу військ гвардії і Петербурзького військового округу. У протоколі комісії від 22 лютого 1883 було записано, що маса літака повинна становити 57 пудів. Випробування проводилися під Петербургом, на військовому полі в Червоному селі, і тривали до 1885 р., але на завершальному етапі з військових міркувань були засекречені. Про цей період збереглося дуже мало документів.
Великі заслуги Олександра Федоровича Можайського перед вітчизняною і світовою наукою і технікою.
Однак у той час були вчені, як, наприклад, відомий англійський учений Кельвін що заперечують можливість створення апаратів важчих за повітря, віддаючи перевагу апаратів легше повітря.
У галузі дослідження теорії польоту апаратів важчих за повітря працював великий російський вчений Д. І. Менделєєв. Його праця "Про опір рідин і повітроплаванні", за словами М. Є. Жуковського, є капітальної монографією з опору рідин і може служити основним керівництвом для осіб, що займаються повітроплаванням. У праці особливо відзначається необхідність накопичення дослідних даних про опір середовища. Менделєєв писав, що коли-небудь буде досягнута повна перемога над повітрям, стане можливим керувати польотом. Тільки для цього необхідно точно знати опір повітря.
У 1894 р. побачила світ робота К. Е. Ціолковського "Аероплан, або птіцеподобная (авіаційна) літальна машина", в якій автор обгрунтував ідею створення аероплана з нерухомим свободнонесущім крилом. На літаку пропонувалося мати крило трапецієподібної форми з поперечним V при вигнуті по типу чайки. На ескізі, вміщеному в статті, були показані тягне гвинт, обтічної форми корпус, хвостове оперення і шасі. У 1905 р. Ціолковський запропонував ромбовидний і клиновидний профілі крила для апаратів із надзвукові швидкості польоту.
Незважаючи на труднощі, зумовлені незнанням законів аеродинаміки, створення планерів і літаків тривало. Конструкція їх часто була дуже складною. Один з них (девятіплан) мав несучі поверхні у вигляді трьох тріпланов, горизонтальне оперення його складалося з чотирьох поверхонь, двигун мав потужність 55 л.с. і передавав її на дві штовхаючих гвинта за допомогою ланцюгової передачі. Було побудовано декілька тріпланов, однак робота над ними залишилася незавершеною. Можна згадати також роботи А. Г. Уфімцева, якого Максим Горький назвав "поетом у галузі наукової техніки". Уфімцев побудував і чотири оригінальних двигуна два літаки з крилом круглої форми в плані і круглим горизонтальним оперенням. Спорудою літаків і двигунів займався в 1909-1910 рр.. С. В. Гризодубов, батько відомої льотчика, Героя Радянського Союзу і Героя Соціалістичної праці В. С. Гризодубової. У 1912 р. на одному зі своїх літаків він зробив декілька польотів.
У роки, що передували першій світовій війні, російські конструктори працювали над створенням легкого маневреного літака, який володів би достатньою стійкістю і керованість. У 1912 р. військовим відомством був оголошений конкурс на розробку літака з максимальною швидкістю не менше 114км / ч і корисним навантаженням 450 кг (льотчик-спостерігач і вантаж). За кресленнями, які представлені на конкурс, було побудовано декілька машин, наприклад літак Пороховщикова. Але незважаючи на деякі переваги його перед іноземними, на авіаційних заводах Росії за ліцензіями будувалися літаки іноземних марок. Це сильно стримувало розвиток літакобудування в Росії, особливо проектування.
Трохи пізніше на конкурс були представлені інші літаки, з яких біплан РБВЗ (Російсько - Балтійського вагонного заводу) завоював перший приз.
Цей період характерний також пошуками в області проектування гідролітаків, одним із творців яких був Д. П. Григорович.
До авіаційним конструкторам початкового періоду розвитку авіації в Росії відноситься радянський вчений і конструктор Я. М. Гакель, згодом професор, заслужений діяч науки і техніки. У 1910-1912 рр.. він створив сім літаків оригінальної конструкції, два з яких (гідроплан - амфібія Г-V і біплан Г-VIII) на повітроплавних виставках у Москві в 1911 і1912 рр.. були удостоєні великою срібною і великий золотий медалей.
Особливе місце в розвитку вітчизняної авіації належить літакам випущеним авіаційним відділом Російсько - Балтійського вагонного заводу в Петербурзі. Одним з них був "РОСІЙСКA ВИТЯЗЬ" - перший у світі чотиримоторний літак. Це був біплан з розмахом верхнього крила 27 м і нижнього - 20 м. Польотна маса літака становила 4200 кг. Перший політ його відбувся 23 липня 1913 "РОСІЙСКA ВИТЯЗЬ" - прототип важких літаків з двигунами, встановленими в ряд на крилі.
Наступним в цій серії був "Ілля Муромець", що спочатку мав чотири двигуни потужністю 100 к.с. кожен, надалі замінені більш потужними - по 220 к.с. 4 червня 1914 на літаку "Ілля Муромець" був встановлений світовий рекорд висоти польоту з десятьма членами екіпажу на борту. У серпні того ж року цей літак був прийнятий на озброєння російської армії в якості розвідувального. На останніх модифікаціях машин цього класу екіпаж складався з семи - восьми чоловік, а озброєння включало вісім кулеметів, літак міг брати до 30 пудів (пуд = 16 кг. -Ф.С.) Бомб, частково розміщуються у фюзеляжі. Всього було побудовано до 80 літаків "Ілля Муромець", які брали участь у першій світовій і громадянську війни. Це були найбільші за той час повітряні кораблі. За технічними даними, озброєння і бомбового навантаженні "Ілля Муромець" перевершував англійська важкий бомбардувальник вими і німецький літак фірми "Готам Фрідрихсхафена" (хоча останній був, по суті, дещо зміненою копією єдиного збитого за роки першої світової війни літаків "Ілля Муромець"). Недарма французьке військове міністерство через свого аташе в Петрограді звернулося з проханням повідомити дані, що відносяться до аеропланах типу "Ілля Муромець".
Однак не всі створені літаки будувалися. На єдиному на початку двадцятих років комендантську аеродромі Петрограда в одному зі старих ангарів можна було побачити літак "СВЯТОГОР" конструкції В. А. Слєсарєва. Літак був гігантський біплан цельнодеревянному конструкції з двома двигунами, розташованими у фюзеляжі, причому трансмісія до двох штовхає гвинтів діаметром 6 метрів здійснювалася за допомогою канатної передачі. Розмах верхнього крила становив 36 метрів.
На завершальному етапі будівництва літака "СВЯТОГОР" В. А. Слесарев звернувся до уряду з проханням про надання коштів, але отримав відмову, незважаючи на те, що спеціальна комісія під керівництвом М. Є. Жуковського, яка перевіряла аеродинамічний розрахунок цього літака і розрахунок його на міцність, "одноголосно прийшла до висновку, що політ аероплана Слєсарєва при повному навантаженні в 6,5 т і на швидкості 114 км / год є можливим, а тому закінчення побудови апарату Слєсарєва є бажаним". Однак Технічний комітет Управління Повітряного Флоту вирішив, "що добудова аероплана Слєсарєва, навіть і в тому випадку, якщо підрахунок професора Жуковського підтвердиться, насправді ніякої практичної користі принести не може".
Тим не менше В. А. Слесарев, підбадьорений підтримкою М. Є. Жуковського, продовжував будувати літак на особисті кошти, а також пожертвування авіаційних клубів. Робота рухалася дуже повільно, а після загибелі конструктора практично припинилася. Випробування літака так і не були завершені до 1918 р. Згодом він використовувався при навчанні курсантів Військово - технічної школи.
Розглядаючи початковий період розвитку авіації, варто більш детально зупинитися на значенні діяльності і основоположних робіт МИКОЛИ Єгорович Жуковський.
М. Є. Жуковський - творець теорії підйомної сили крила і автор одного з перших курсів по авіації "Теоретичні основи повітроплавання". Його стаття "Про приєднаних вихори", опублікована в 1906 р., стала підсумком великої роботи в галузі дослідження підйомної сили крила. Активну участь у розробці цієї проблеми брав С. А. Чаплигін, автор монографії "Про газових струменях", на основі якої були створені згодом розділи аеродинаміки великих швидкостей.
Ще восени 1898 р. на Х з'їзді російських природознавців і лікарів Н. Е. Жуковський організував повітроплавних підсекцію і виступив з оглядовим доповіддю "Про повітроплаванні", в якій рішуче висловився за розвиток літальних апаратів, важчих за повітря. Доповідач говорив: "... Дивлячись на літаючі живі істоти, на стрижів і ластівок, які зі своїм нікчемним запасом енергії носяться в продовженні кількох годин у повітрі зі швидкістю, що досягає 50 км / год, і можуть перетинати моря, на орлів, які описують в синьому небі красиві кола з нерухомо розпростертими крилами, на незграбну кажана, який безшумно переноситься вітром у всіляких напрямках, мимоволі ставиш запитання: невже для людей немає можливості наслідувати цим істотам? "
Сформульована Н. Е. Жуковським теорема полягає в наступному:
"Величина підйомної сили крила на метр розмаху є твором щільності повітря на циркуляцію швидкості і на швидкість польоту аероплана."
Очевидно, що цей висновок - основа сучасного вчення про підйомної сили крила, фундамент теоретичної аеродинаміки. Без цього відкриття неможливо було б равітіе авіаційної науки.
Організований Н. Е. Жуковським ще до революції гурток з вивчення повітроплавання успішно продовжував свої теоретичні та практичні дослідження і після її перемоги.
Учні Жуковського не тільки заснували школу, але і вели підготовку до створення майбутнього Центрального аерогідродинамічному інституту (ЦАГИ). Рішення про утворення національного російського центру авіації було прийнято зі схвалення В. І. Леніна. М. Є. Жуковський і О. М. Туполев відвідали Вища рада народного господарства і отримали не тільки згода на організацію інституту, але й фінансову допомогу. Аеродинамічна лабораторія в МВТУ ім. Баумана була спочатку основною базою експеріметальних робіт ЦАГІ, який в даний час є світовим центром авіаційної науки і техніки.
Надаючи особливого значення розвитку авіації, Радянський уряд у 1919р. прийняло рішення про створення в Москві навчального закладу для підготовки інженерно - технічних кадрів. У вересні того ж року сотоялось перше засідання ради авіаційного технікуму під головуванням М. Є. Жуковського, а в сетябре 1920 технікум був реорганізований в Інститут інженерів Червоного Повітряного Флоту ім. М. Є. Жуковського. Пізніше на його базі створюється Військово-повітряна академія, що носить нині ім'я М. Є. Жуковського.
Діяльність великого російського, все своє життя присвятив дослідженню питань теорії авіації, вченого була дуже високо оцінена Радянським урядом. Спеціальною постановою Ради Народних Комісарів від 3 грудня 1920 р., в якому М. Є. Жуковський іменувався "батьком російської авіації, він був звільнений від обов'язкового читання лекцій і одержав право" оголошувати курси більш важливого наукового змісту ". Вченій встановлювався місячний оклад. Тим ж постановою засновувалася премія М. Є. Жуковського за видатні праці в галузі математики та механіки. Було також прийнято рішення про видання праць вченого.
У передмові до перевиданих у 1972 р. лекцій професора М. Є. Жуковського "Динаміка аеропланів в елементарному викладі", які він читав слухачам теоретичних курсів авіації, А. Н. Туполев писав про великий внесок М. Є. Жуковського у створення нашої російської авіації , про те, що "він (М. Є. Жуковський - Ф.С.) завжди залишався справжнім патріотом, глибоко любив свою Батьківщину, радів її успіхам, переживав невдачі і завжди хотів бути їй корисним".
Жуковський був чудовим учителем. Він вчив просто, зрозуміло, завжди надзвичайно доброзичливо, і те, що хотів передати учням, западало їм у душу не тільки як знання, але і як любов до того, що любив він сам.
А любив він науку, авіацію і дуже любив експеримент, вважаючи його абсолютно необхідним. М. Є. Жуковський був не лише великим ученим, а й інженером "вищого рангу", тому його учні не замикалися тільки в науці, а прагнули до створення оригінальних конструкцій планерів, вертольотів, глісер, літаків на підставі наукової теорії і результатів експериментів. Тому засновані на школі Миколи Єгоровича Жуковського авіаційні інститути - це не просто навчальні заклади, а ще й наукові організації, що працюють над створенням російського повітряного флоту.
А. Н. Туполев хотів, щоб, отримуючи пам'ятний курс лекцій, прочитаних Жуковським у 1913 р. і іданних в 1917 р., кожен відчув те повагу і тепло до Миколи Єгоровичу Жуковському, що зберегли його учні. Ці спогади А. Н. Туполева є прекрасною характеристикою наукових та особистих якостей великого російського вченого.
Нагадаю основні етапи розвитку науково - дослідницьких робіт у галузі аеродинаміки літаків вітчизняної авіації.
У перші післяреволюційні роки бурхливий розвиток аеродинаміки, як і в теоретичному, так і в прикладному сенсі, і в першу чергу у вивченні прикордонного шару, отримало своє практичне застосування. Були закладені основи норм стійкості і керованості, вивчені флатбер і бафтінг в застосуванні до конкретних типів літальних апаратів, розроблені серії нових швидкісних і несучих профілів крила з механізацією.
Розроблені основи дозвуковою і трансзвуковой аероінамікі з введенням в експлуатацію нових аеродинамічних труб дозволили зробити стрибок влетних даних літаків. Цьому сприяли і збільшення потужності двигунів, розробка повітряних гвинтів змінного кроку, створення нових конструціонних матеріалів на основі алюмінію і нових технологічних процесів для обробки.
Як і у всякій науці, провідна роль у вирішенні завдань у галузі аеродинаміки належала фундаментальних теоретичних досліджень, на базі яких будувалися розрахункові інженерні методи, що складають основу прикладної теорії. Корифеї радянської аеродинаміки, такі, як М. Є. Жуковський, С. О. Чаплигін, Б. Н. Юрьев, В. В. Голубєв, М. В. Келдиш, С. А. Християнович, Г. П. Свищев, В . В. Струмінскій і багато інших, що знаходилися на чолі прогресу авіації.
Труднощі прикладного використання теоретичних досліджень полягала в тому, що теоретичні рішення могли бути знайдені тільки для окремих форм профілів, крил, тіл обертання. Це означало, що майже для всіх практично використовуються в авіації форм із-за відсутності в той час ЕОМ, що дозволяють використовувати чисельні методи, більша частина теоретиків була зайнята конкретними розрахунками. Правильність базової теорії і наближених методів рішення вимагали експериментальної перевірки - підтвердження, а якщо необхідно, то і експериментальних поправок, що мало і має місце і до теперішнього часу.
Для таких перевірок була побудована експериментальна труба ЦАГІ діаметром 3 м і потім другий - діаметром 6 м. У створенні експериментальної бази ЦАГІ особливо велика роль А. Н. Туполева. Тут, на думку Г. П. Свищева, з повною силою проявився талант Андрія Миколайовича як організатора великого масштабу. Створення аеродинамічних труб з такими розмірами і високими швидкостями потоку зробило можливим випробування великих за розмірами моделей, що дозволяють точно моделювати форми літаків, відпрацьовувати їх аеродинамічні характеристики, а часто відчувати і натуральні елементи літака, у тому числі фюзеляж.
У числі перших досягнень аеродинамікою тих років була обклеювання полотном гофра поверхонь фюзеляжу на літаку АНТ-4, що дало великий ефект щодо поліпшення льотних даних. У порядок допуску в повітря літака в перший раз втрутився попередник АТК ВВС, що визначив, що без відповідного свідоцтва ЦАГІ жодна машина не може піднятися в повітря. Від ЦАГІ літальний апарат отримує свій повітряний паспорт, що дає право на перший зліт.
Було створено довідник конструктора, у котрий були включені всі розділи аеродинаміки літака: аеродинаміка крила і повітряних гвинтів, охолодження двигунів, аеродинамічний розрахунок, стійкість і керованість, перевірка на штопор, методика випробувань в еродінаміческіх трубах і методику льотних випробувань.
Подальшим розвитком цього напрямку було створення керівництва для конструкторів, де давалися рекомендації з питань від вибору геометричних форм літака до отримання результатів іспвтаній моделей в аеродинамічній трубі дозволяють врахувати особливості і деталі реальної конструкції літака.
Другим напраленіем розвитку прикладної науки є накопичення фактів. У аеродинаміки, як і в будь-якій науці, говорив О. М. Черемухин, факти для розвитку теорії і прикладних методів розрахунку приносять пізнання явищ природи. Ці факти, кк правильно сказано, пізнаються з "Несподіваних тел", що виникають при експлуатації літаків та їх випробуваннях, а також при вивченні в аеродинамічних трубах. На базі осмислення фактів йде розробка теорії, а потім вже на базі теорії та накопичених експериментальних даних створюються прикладні розрахункові методи.
Льотні випробування завжди були отлічнм джерелом інформації, тому що вони проходять у натурних умовах і є найбільш достовірними джерелами для отримання науково-практичних даних. Саме тому вже в минулому у вітчизняних КБ створювалися експериментальні літаки починаючи з літака АНТ-4, про який вже говорилося.
Однак, фудаментальние випробування залишалися на стороні аеродинамічних труб, кторые будувалися в нашій країні, і їх обсяги і ступінь досконалості були вже такими, що 1944 року в трубі Т-101 ЦАГІ випробовувався літак ТУ-2, а в кабіні літака перебував льотчик-випробувач .
З появою турбореактивних двигунів з'явилася можливість подолання "звуквого бар'єру" і виходу самоета на надзвукову швидкість. Для досліджень нових ефектів була побудована трансзвуковая аеродинамічна труба, а потім введені в експлуатацію аеродинамічні труби великих надзвукових швидкостей.
Особливе місце в аеродинаміці і літакобудуванні займає пізнання трансзвуковой швидкості польоту, яка коштувала життя багатьом льотчикам - випробувачам і ставила в скрутне становище тих, хто будує літаки і приймає їх в експлуатацію.
Перехід військової і цивільної авіації до надзвукових швидкостей польоту і здійснення тривалих польотів зажадали рішення багатьох задач. Для цього насамперед було необхідно суттєво підвищити аеродинамічний якість літака на цих швидкостях і вирішити питання стійкості і балансування літака у всьому діапазоні швидкостей - від дозвуковою до надзвуковий. Питання теплостійкості конструкційних матеріалів, оливи та герметиків стали одними з визначальних для констукцій, що працюють в умовах циклічного аеродинамічного нагріву, характерного для високих надзвукових швидкостей польоту.
Останні 40-50 років характеризувалися бурхливим зростанням швидкостей, висот і значним збільшенням дальності польоту на дозвуковою швидкості, особливо для транспортних і пасажирських літаків. За цей період авіація збільшила максимальні швидкості приблизно в 4 рази, висоту і дальність - в 2,5-3 рази. Цей скочок став можливим завдяки широкому впровадженню в авіацію реактивних двигунів.
За кордоном створенням апаратів важче повітря займалися Хенсен, Венсен, Лілієнталь, Адере, Шанют та інші, а науковими дослідженнями в цій області і експериментами в аеродинамічних трубах - Ейфель у Франції, Кейлі в Англії і Ленглі у США.
Польоти братів Райт, Сантос - Дюмон, Блеріо, Кертіса, Уточкина, Єфімова та ін поклали початок систематичним польотів у повітрі.
Людина не має крил і по відношенню ваги свого тіла до ваги м'язів він у 72 рази слабкіше птиці ... Але я думаю, що він полетить, спираючись не на силу своїх скул, а на силу свого розуму.
М. Є. Жуковський
У протоколі засідання Російської Академії наук від 1 липня 1754 є запис:
"Високоповажні радник Ломоносов показав винайдену ним машину, названу їм аеродроміческой (воздухобежной), що повинна вживатися для того, щоб за допомогою крил, рухомих горизонтально, в різних напрямках силою пружини, який зазвичай забезпечуються годинник, натискати повітря (відкидати його вниз), від чого машина буде підніматися у верхні шари повітря, з тією метою, щоб можна було обстежити умови (состянии) верхнього повітря за допомогою метеорологічних машин (приладів), приєднаних до цієї аеродроміческой машині ".
У тому ж році М. В. Ломоносов писав, що він зробив машину, яка, сама піднімаючись вгору, може підняти маленький термометр. Це була модель вертольота і перший у світі документована практична розробка літального апарата важче повітря - вертольота з співвісні гвинтами. Однак для того часу реалізація ідеї вертольота виявилася занадто складною.
Російські вчені і винахідники продовжували працювати над створенням апаратів важчих за повітря.
У 1854-1855 рр.. до ідеї створення літака звертається військовий моряк Російського флоту А. М. Можайський. Серйозними пошуками у цій сфері він став займатися дещо пізніше і прийшов до висновку про необхідність розробити літальний апарат з жорстким крилом, в роботі якого використовувався б принцип динамічного польоту.
У березні 1879 р. було поставлено питання про будівництво літака у натуральну величину .*) Винахідник підготував пояснювальну записку, особисто розробив креслення літака і кошторис необхідних витрат. Заявку на винахід літака з описом апарату і креслення Можайський направив до Департаменту торгівлі і мануфактури, а 15 листопада 1881 йому була видана "привілей" (патент) на "повітроплавний снаряд".
За проектом літак повинен був складатися з човна (фюзеляжу), в якій передбачалося розмістити екіпаж, силову установку і приладове обладнання, двох парових двигунів і чотириколісного шасі. На літаку були передбачені тросове управління, штурвал, ємності для пального та деякі прилади, в тому числі і оптичний приціл.
У конструкції першого літака була застосована моноплана схема, яка має найбільше поширення і в сучасному літакобудуванні. Довжина човна відповідно до прийнятих у той час одиницями вимірювання дорівнювала 20,5 аршини, довжина кожного крила - 15 аршини, ширина крила - 20 аршин.
6 липня 1882 побудований літак був оглянутий спеціальною комісією Штабу військ гвардії і Петербурзького військового округу. У протоколі комісії від 22 лютого 1883 було записано, що маса літака повинна становити 57 пудів. Випробування проводилися під Петербургом, на військовому полі в Червоному селі, і тривали до 1885 р., але на завершальному етапі з військових міркувань були засекречені. Про цей період збереглося дуже мало документів.
Великі заслуги Олександра Федоровича Можайського перед вітчизняною і світовою наукою і технікою.
Однак у той час були вчені, як, наприклад, відомий англійський учений Кельвін що заперечують можливість створення апаратів важчих за повітря, віддаючи перевагу апаратів легше повітря.
У галузі дослідження теорії польоту апаратів важчих за повітря працював великий російський вчений Д. І. Менделєєв. Його праця "Про опір рідин і повітроплаванні", за словами М. Є. Жуковського, є капітальної монографією з опору рідин і може служити основним керівництвом для осіб, що займаються повітроплаванням. У праці особливо відзначається необхідність накопичення дослідних даних про опір середовища. Менделєєв писав, що коли-небудь буде досягнута повна перемога над повітрям, стане можливим керувати польотом. Тільки для цього необхідно точно знати опір повітря.
У 1894 р. побачила світ робота К. Е. Ціолковського "Аероплан, або птіцеподобная (авіаційна) літальна машина", в якій автор обгрунтував ідею створення аероплана з нерухомим свободнонесущім крилом. На літаку пропонувалося мати крило трапецієподібної форми з поперечним V при вигнуті по типу чайки. На ескізі, вміщеному в статті, були показані тягне гвинт, обтічної форми корпус, хвостове оперення і шасі. У 1905 р. Ціолковський запропонував ромбовидний і клиновидний профілі крила для апаратів із надзвукові швидкості польоту.
Незважаючи на труднощі, зумовлені незнанням законів аеродинаміки, створення планерів і літаків тривало. Конструкція їх часто була дуже складною. Один з них (девятіплан) мав несучі поверхні у вигляді трьох тріпланов, горизонтальне оперення його складалося з чотирьох поверхонь, двигун мав потужність 55 л.с. і передавав її на дві штовхаючих гвинта за допомогою ланцюгової передачі. Було побудовано декілька тріпланов, однак робота над ними залишилася незавершеною. Можна згадати також роботи А. Г. Уфімцева, якого Максим Горький назвав "поетом у галузі наукової техніки". Уфімцев побудував і чотири оригінальних двигуна два літаки з крилом круглої форми в плані і круглим горизонтальним оперенням. Спорудою літаків і двигунів займався в 1909-1910 рр.. С. В. Гризодубов, батько відомої льотчика, Героя Радянського Союзу і Героя Соціалістичної праці В. С. Гризодубової. У 1912 р. на одному зі своїх літаків він зробив декілька польотів.
У роки, що передували першій світовій війні, російські конструктори працювали над створенням легкого маневреного літака, який володів би достатньою стійкістю і керованість. У 1912 р. військовим відомством був оголошений конкурс на розробку літака з максимальною швидкістю не менше 114км / ч і корисним навантаженням 450 кг (льотчик-спостерігач і вантаж). За кресленнями, які представлені на конкурс, було побудовано декілька машин, наприклад літак Пороховщикова. Але незважаючи на деякі переваги його перед іноземними, на авіаційних заводах Росії за ліцензіями будувалися літаки іноземних марок. Це сильно стримувало розвиток літакобудування в Росії, особливо проектування.
Трохи пізніше на конкурс були представлені інші літаки, з яких біплан РБВЗ (Російсько - Балтійського вагонного заводу) завоював перший приз.
Цей період характерний також пошуками в області проектування гідролітаків, одним із творців яких був Д. П. Григорович.
До авіаційним конструкторам початкового періоду розвитку авіації в Росії відноситься радянський вчений і конструктор Я. М. Гакель, згодом професор, заслужений діяч науки і техніки. У 1910-1912 рр.. він створив сім літаків оригінальної конструкції, два з яких (гідроплан - амфібія Г-V і біплан Г-VIII) на повітроплавних виставках у Москві в 1911 і1912 рр.. були удостоєні великою срібною і великий золотий медалей.
Особливе місце в розвитку вітчизняної авіації належить літакам випущеним авіаційним відділом Російсько - Балтійського вагонного заводу в Петербурзі. Одним з них був "РОСІЙСКA ВИТЯЗЬ" - перший у світі чотиримоторний літак. Це був біплан з розмахом верхнього крила 27 м і нижнього - 20 м. Польотна маса літака становила 4200 кг. Перший політ його відбувся 23 липня 1913 "РОСІЙСКA ВИТЯЗЬ" - прототип важких літаків з двигунами, встановленими в ряд на крилі.
Наступним в цій серії був "Ілля Муромець", що спочатку мав чотири двигуни потужністю 100 к.с. кожен, надалі замінені більш потужними - по 220 к.с. 4 червня 1914 на літаку "Ілля Муромець" був встановлений світовий рекорд висоти польоту з десятьма членами екіпажу на борту. У серпні того ж року цей літак був прийнятий на озброєння російської армії в якості розвідувального. На останніх модифікаціях машин цього класу екіпаж складався з семи - восьми чоловік, а озброєння включало вісім кулеметів, літак міг брати до 30 пудів (пуд = 16 кг. -Ф.С.) Бомб, частково розміщуються у фюзеляжі. Всього було побудовано до 80 літаків "Ілля Муромець", які брали участь у першій світовій і громадянську війни. Це були найбільші за той час повітряні кораблі. За технічними даними, озброєння і бомбового навантаженні "Ілля Муромець" перевершував англійська важкий бомбардувальник вими і німецький літак фірми "Готам Фрідрихсхафена" (хоча останній був, по суті, дещо зміненою копією єдиного збитого за роки першої світової війни літаків "Ілля Муромець"). Недарма французьке військове міністерство через свого аташе в Петрограді звернулося з проханням повідомити дані, що відносяться до аеропланах типу "Ілля Муромець".
Однак не всі створені літаки будувалися. На єдиному на початку двадцятих років комендантську аеродромі Петрограда в одному зі старих ангарів можна було побачити літак "СВЯТОГОР" конструкції В. А. Слєсарєва. Літак був гігантський біплан цельнодеревянному конструкції з двома двигунами, розташованими у фюзеляжі, причому трансмісія до двох штовхає гвинтів діаметром 6 метрів здійснювалася за допомогою канатної передачі. Розмах верхнього крила становив 36 метрів.
На завершальному етапі будівництва літака "СВЯТОГОР" В. А. Слесарев звернувся до уряду з проханням про надання коштів, але отримав відмову, незважаючи на те, що спеціальна комісія під керівництвом М. Є. Жуковського, яка перевіряла аеродинамічний розрахунок цього літака і розрахунок його на міцність, "одноголосно прийшла до висновку, що політ аероплана Слєсарєва при повному навантаженні в 6,5 т і на швидкості 114 км / год є можливим, а тому закінчення побудови апарату Слєсарєва є бажаним". Однак Технічний комітет Управління Повітряного Флоту вирішив, "що добудова аероплана Слєсарєва, навіть і в тому випадку, якщо підрахунок професора Жуковського підтвердиться, насправді ніякої практичної користі принести не може".
Тим не менше В. А. Слесарев, підбадьорений підтримкою М. Є. Жуковського, продовжував будувати літак на особисті кошти, а також пожертвування авіаційних клубів. Робота рухалася дуже повільно, а після загибелі конструктора практично припинилася. Випробування літака так і не були завершені до 1918 р. Згодом він використовувався при навчанні курсантів Військово - технічної школи.
Розглядаючи початковий період розвитку авіації, варто більш детально зупинитися на значенні діяльності і основоположних робіт МИКОЛИ Єгорович Жуковський.
М. Є. Жуковський - творець теорії підйомної сили крила і автор одного з перших курсів по авіації "Теоретичні основи повітроплавання". Його стаття "Про приєднаних вихори", опублікована в 1906 р., стала підсумком великої роботи в галузі дослідження підйомної сили крила. Активну участь у розробці цієї проблеми брав С. А. Чаплигін, автор монографії "Про газових струменях", на основі якої були створені згодом розділи аеродинаміки великих швидкостей.
Ще восени 1898 р. на Х з'їзді російських природознавців і лікарів Н. Е. Жуковський організував повітроплавних підсекцію і виступив з оглядовим доповіддю "Про повітроплаванні", в якій рішуче висловився за розвиток літальних апаратів, важчих за повітря. Доповідач говорив: "... Дивлячись на літаючі живі істоти, на стрижів і ластівок, які зі своїм нікчемним запасом енергії носяться в продовженні кількох годин у повітрі зі швидкістю, що досягає 50 км / год, і можуть перетинати моря, на орлів, які описують в синьому небі красиві кола з нерухомо розпростертими крилами, на незграбну кажана, який безшумно переноситься вітром у всіляких напрямках, мимоволі ставиш запитання: невже для людей немає можливості наслідувати цим істотам? "
Сформульована Н. Е. Жуковським теорема полягає в наступному:
"Величина підйомної сили крила на метр розмаху є твором щільності повітря на циркуляцію швидкості і на швидкість польоту аероплана."
Очевидно, що цей висновок - основа сучасного вчення про підйомної сили крила, фундамент теоретичної аеродинаміки. Без цього відкриття неможливо було б равітіе авіаційної науки.
Організований Н. Е. Жуковським ще до революції гурток з вивчення повітроплавання успішно продовжував свої теоретичні та практичні дослідження і після її перемоги.
Учні Жуковського не тільки заснували школу, але і вели підготовку до створення майбутнього Центрального аерогідродинамічному інституту (ЦАГИ). Рішення про утворення національного російського центру авіації було прийнято зі схвалення В. І. Леніна. М. Є. Жуковський і О. М. Туполев відвідали Вища рада народного господарства і отримали не тільки згода на організацію інституту, але й фінансову допомогу. Аеродинамічна лабораторія в МВТУ ім. Баумана була спочатку основною базою експеріметальних робіт ЦАГІ, який в даний час є світовим центром авіаційної науки і техніки.
Надаючи особливого значення розвитку авіації, Радянський уряд у 1919р. прийняло рішення про створення в Москві навчального закладу для підготовки інженерно - технічних кадрів. У вересні того ж року сотоялось перше засідання ради авіаційного технікуму під головуванням М. Є. Жуковського, а в сетябре 1920 технікум був реорганізований в Інститут інженерів Червоного Повітряного Флоту ім. М. Є. Жуковського. Пізніше на його базі створюється Військово-повітряна академія, що носить нині ім'я М. Є. Жуковського.
Діяльність великого російського, все своє життя присвятив дослідженню питань теорії авіації, вченого була дуже високо оцінена Радянським урядом. Спеціальною постановою Ради Народних Комісарів від 3 грудня 1920 р., в якому М. Є. Жуковський іменувався "батьком російської авіації, він був звільнений від обов'язкового читання лекцій і одержав право" оголошувати курси більш важливого наукового змісту ". Вченій встановлювався місячний оклад. Тим ж постановою засновувалася премія М. Є. Жуковського за видатні праці в галузі математики та механіки. Було також прийнято рішення про видання праць вченого.
У передмові до перевиданих у 1972 р. лекцій професора М. Є. Жуковського "Динаміка аеропланів в елементарному викладі", які він читав слухачам теоретичних курсів авіації, А. Н. Туполев писав про великий внесок М. Є. Жуковського у створення нашої російської авіації , про те, що "він (М. Є. Жуковський - Ф.С.) завжди залишався справжнім патріотом, глибоко любив свою Батьківщину, радів її успіхам, переживав невдачі і завжди хотів бути їй корисним".
Жуковський був чудовим учителем. Він вчив просто, зрозуміло, завжди надзвичайно доброзичливо, і те, що хотів передати учням, западало їм у душу не тільки як знання, але і як любов до того, що любив він сам.
А любив він науку, авіацію і дуже любив експеримент, вважаючи його абсолютно необхідним. М. Є. Жуковський був не лише великим ученим, а й інженером "вищого рангу", тому його учні не замикалися тільки в науці, а прагнули до створення оригінальних конструкцій планерів, вертольотів, глісер, літаків на підставі наукової теорії і результатів експериментів. Тому засновані на школі Миколи Єгоровича Жуковського авіаційні інститути - це не просто навчальні заклади, а ще й наукові організації, що працюють над створенням російського повітряного флоту.
А. Н. Туполев хотів, щоб, отримуючи пам'ятний курс лекцій, прочитаних Жуковським у 1913 р. і іданних в 1917 р., кожен відчув те повагу і тепло до Миколи Єгоровичу Жуковському, що зберегли його учні. Ці спогади А. Н. Туполева є прекрасною характеристикою наукових та особистих якостей великого російського вченого.
Нагадаю основні етапи розвитку науково - дослідницьких робіт у галузі аеродинаміки літаків вітчизняної авіації.
У перші післяреволюційні роки бурхливий розвиток аеродинаміки, як і в теоретичному, так і в прикладному сенсі, і в першу чергу у вивченні прикордонного шару, отримало своє практичне застосування. Були закладені основи норм стійкості і керованості, вивчені флатбер і бафтінг в застосуванні до конкретних типів літальних апаратів, розроблені серії нових швидкісних і несучих профілів крила з механізацією.
Розроблені основи дозвуковою і трансзвуковой аероінамікі з введенням в експлуатацію нових аеродинамічних труб дозволили зробити стрибок влетних даних літаків. Цьому сприяли і збільшення потужності двигунів, розробка повітряних гвинтів змінного кроку, створення нових конструціонних матеріалів на основі алюмінію і нових технологічних процесів для обробки.
Як і у всякій науці, провідна роль у вирішенні завдань у галузі аеродинаміки належала фундаментальних теоретичних досліджень, на базі яких будувалися розрахункові інженерні методи, що складають основу прикладної теорії. Корифеї радянської аеродинаміки, такі, як М. Є. Жуковський, С. О. Чаплигін, Б. Н. Юрьев, В. В. Голубєв, М. В. Келдиш, С. А. Християнович, Г. П. Свищев, В . В. Струмінскій і багато інших, що знаходилися на чолі прогресу авіації.
Труднощі прикладного використання теоретичних досліджень полягала в тому, що теоретичні рішення могли бути знайдені тільки для окремих форм профілів, крил, тіл обертання. Це означало, що майже для всіх практично використовуються в авіації форм із-за відсутності в той час ЕОМ, що дозволяють використовувати чисельні методи, більша частина теоретиків була зайнята конкретними розрахунками. Правильність базової теорії і наближених методів рішення вимагали експериментальної перевірки - підтвердження, а якщо необхідно, то і експериментальних поправок, що мало і має місце і до теперішнього часу.
Для таких перевірок була побудована експериментальна труба ЦАГІ діаметром 3 м і потім другий - діаметром 6 м. У створенні експериментальної бази ЦАГІ особливо велика роль А. Н. Туполева. Тут, на думку Г. П. Свищева, з повною силою проявився талант Андрія Миколайовича як організатора великого масштабу. Створення аеродинамічних труб з такими розмірами і високими швидкостями потоку зробило можливим випробування великих за розмірами моделей, що дозволяють точно моделювати форми літаків, відпрацьовувати їх аеродинамічні характеристики, а часто відчувати і натуральні елементи літака, у тому числі фюзеляж.
У числі перших досягнень аеродинамікою тих років була обклеювання полотном гофра поверхонь фюзеляжу на літаку АНТ-4, що дало великий ефект щодо поліпшення льотних даних. У порядок допуску в повітря літака в перший раз втрутився попередник АТК ВВС, що визначив, що без відповідного свідоцтва ЦАГІ жодна машина не може піднятися в повітря. Від ЦАГІ літальний апарат отримує свій повітряний паспорт, що дає право на перший зліт.
Було створено довідник конструктора, у котрий були включені всі розділи аеродинаміки літака: аеродинаміка крила і повітряних гвинтів, охолодження двигунів, аеродинамічний розрахунок, стійкість і керованість, перевірка на штопор, методика випробувань в еродінаміческіх трубах і методику льотних випробувань.
Подальшим розвитком цього напрямку було створення керівництва для конструкторів, де давалися рекомендації з питань від вибору геометричних форм літака до отримання результатів іспвтаній моделей в аеродинамічній трубі дозволяють врахувати особливості і деталі реальної конструкції літака.
Другим напраленіем розвитку прикладної науки є накопичення фактів. У аеродинаміки, як і в будь-якій науці, говорив О. М. Черемухин, факти для розвитку теорії і прикладних методів розрахунку приносять пізнання явищ природи. Ці факти, кк правильно сказано, пізнаються з "Несподіваних тел", що виникають при експлуатації літаків та їх випробуваннях, а також при вивченні в аеродинамічних трубах. На базі осмислення фактів йде розробка теорії, а потім вже на базі теорії та накопичених експериментальних даних створюються прикладні розрахункові методи.
Льотні випробування завжди були отлічнм джерелом інформації, тому що вони проходять у натурних умовах і є найбільш достовірними джерелами для отримання науково-практичних даних. Саме тому вже в минулому у вітчизняних КБ створювалися експериментальні літаки починаючи з літака АНТ-4, про який вже говорилося.
Однак, фудаментальние випробування залишалися на стороні аеродинамічних труб, кторые будувалися в нашій країні, і їх обсяги і ступінь досконалості були вже такими, що 1944 року в трубі Т-101 ЦАГІ випробовувався літак ТУ-2, а в кабіні літака перебував льотчик-випробувач .
З появою турбореактивних двигунів з'явилася можливість подолання "звуквого бар'єру" і виходу самоета на надзвукову швидкість. Для досліджень нових ефектів була побудована трансзвуковая аеродинамічна труба, а потім введені в експлуатацію аеродинамічні труби великих надзвукових швидкостей.
Особливе місце в аеродинаміці і літакобудуванні займає пізнання трансзвуковой швидкості польоту, яка коштувала життя багатьом льотчикам - випробувачам і ставила в скрутне становище тих, хто будує літаки і приймає їх в експлуатацію.
Перехід військової і цивільної авіації до надзвукових швидкостей польоту і здійснення тривалих польотів зажадали рішення багатьох задач. Для цього насамперед було необхідно суттєво підвищити аеродинамічний якість літака на цих швидкостях і вирішити питання стійкості і балансування літака у всьому діапазоні швидкостей - від дозвуковою до надзвуковий. Питання теплостійкості конструкційних матеріалів, оливи та герметиків стали одними з визначальних для констукцій, що працюють в умовах циклічного аеродинамічного нагріву, характерного для високих надзвукових швидкостей польоту.
Останні 40-50 років характеризувалися бурхливим зростанням швидкостей, висот і значним збільшенням дальності польоту на дозвуковою швидкості, особливо для транспортних і пасажирських літаків. За цей період авіація збільшила максимальні швидкості приблизно в 4 рази, висоту і дальність - в 2,5-3 рази. Цей скочок став можливим завдяки широкому впровадженню в авіацію реактивних двигунів.
За кордоном створенням апаратів важче повітря займалися Хенсен, Венсен, Лілієнталь, Адере, Шанют та інші, а науковими дослідженнями в цій області і експериментами в аеродинамічних трубах - Ейфель у Франції, Кейлі в Англії і Ленглі у США.
Польоти братів Райт, Сантос - Дюмон, Блеріо, Кертіса, Уточкина, Єфімова та ін поклали початок систематичним польотів у повітрі.