Разработка и создание первых летательных аппаратов тяжелее
Министерство транспорта Российской Федерации (Минтранс России)
Федеральное агентство воздушного транспорта (Росавиация)
ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный
Университет гражданской авиации»
Н. А. Котов
История гражданской авиации России
Часть 1
С возникновения воздухоплавания до 1945 года
Учебное пособие
Допущено УМО по образованию в области аэронавигации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Аэронавигация» и специальностям высшего профессионального образования «Эксплуатация воздушных судов и организация воздушного движения», «Летная эксплуатация воздушных судов» и «Аэронавигационное обслуживание и использование воздушного пространства»
Санкт-Петербург
2007
Ш 87 (03)
КОТОВ Н.А. ИСТОРИЯ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ РОССИИ. Часть 1.
С возникновения воздухоплавания до 1945 года: Учебное пособие / Университет ГА. С.-Петербург, 2007.
Рассмотрены важнейшие этапы, направления и особенности развития гражданской авиации России до 1945 года. Показаны процессы совершенствования форм народнохозяйственного применения авиации.
Предназначено для студентов, изучающих дисциплину «История гражданской авиации России», а также студентов, курсантов и учащихся авиационных учебных заведений, интересующихся историей авиации.
|
|
|
Библ. 26 назв.
Рецензенты:
Н. А. Виноградов, докт. ист. наук, проф.
В. С. Пашин, канд. ист. наук, проф.
© Санкт-Петербургский государственный
университет гражданской авиации, 2007
Введение
В учебном пособии рассматривается история гражданской авиации России с возникновения воздухоплавания до 1945 года. В этот период Россия как и наиболее развитые страны Запада прошла этапы зарождения и становления авиации как нового самого скоростного средства передвижения. Однако не-смотря на несомненные достижения российских энтузиастов – конструкторов и учёных, авиация в нашей стране до 1917 г. не получала необходимой поддержки со стороны государства. Это оказывало тормозящее действие на самолëто-строение, создание отечественных авиамоторов и приборов, подготовку кадров. Недальновидность политики правительства остро проявилась в годы первой мировой войны.
После революции развитие авиации было поставлено на государственную основу. Активизировались научные исследования, опытное самолётостроение, авиапромышленность. Строительство советского воздушного флота стало делом всенародным. В 20-е годы гражданская авиация выделилась из военной и наглядно продемонстрировала свои возможности не только в быстрой доставке пассажиров, грузов и почты, но и в различных отраслях народного хозяйства. Благодаря заботе государства и невиданному энтузиазму трудящихся в годы довоенных пятилеток, в ходе индустриализации страны Россия заняла свое место в ряду ведущих авиационных держав. Это сыграло важную роль в победе советского народа в Великой Отечественной войне 1941 – 1945 гг.
|
|
|
Рождение отечественного воздушного флота
(период до 1917 г.)
Развитие идеи полета человека и первые шаги к её осуществлению
С незапамятных времён человек стремился покорить воздушное про-странство, совершать полёты как птица. Само слово «авиация» произошло от латинского avis – птица. В своём стремлении к этой цели человечество прошло долгий путь, измеряемый веками героической борьбы за покорение неба.
Научное осмысление полёта на аппарате тяжелее воздуха началось в XV в. Гениальный флорентиец Леонардо да Винчи в 1475 г. нашёл решение для осуществления механического полета человека: в качестве движителя для летательного аппарата (для вертикального перемещения) он предложил использовать воздушный винт. К сожалению, смелые идеи великого итальянца оставались неизвестны человечеству почти до конца XIX в.
|
|
|
Уже в середине XVIII в. великий русский учёный М. В. Ломоносов, проводя исследования в области физики атмосферы и метеорологии, разработал проект и построил малый летательный аппарат тяжелее воздуха для поднятия в верхние слои атмосферы измерительных приборов. Тягу для вертикального подъёма аппарата создавали два воздушных винта, вращавшиеся в противоположные стороны. В движение их приводила металлическая пружина, какая применялась в часовых механизмах. Испытание модели аппарата на заседании Академии наук подтвердило факт создания винтами подъёмной силы.
Таким образом, сначала Леонардо да Винчи в Италии, а затем М.В.Ломоносов в России предвосхитили создание летательного аппарата тяжелее воздуха, использующего для своего передвижения воздушный винт. Следует заметить, что даже в XVIII в., не говоря уже о XV в., винт еще не был известен и как движитель морских судов.
Несмотря на работы, проводимые в области летательных аппаратов тяжелее воздуха, XVIII в. закончился триумфом летательных аппаратов легче воздуха. Бурное развитие промышленности, науки и изобретательства привело к созданию первых летательных аппаратов – аэростатов.
|
|
|
В 1783 г. во Франции братья Монгольфье осуществили первый беспилотный пуск аэростата. Они наполнили горячим воздухом от сжигаемой соломы и шерсти шарообразную оболочку диаметром 11 метров, сделанную из холста, обклеенную бумагой и обтянутую верёвочной сеткой. Снизу была прикреплена деревянная рама для устойчивости. Отпущенное на волю устройство поднялось на высоту 2000 метров и держалось в воздухе целых 10 минут. За это время шар пролетел 2,5 км и опустился на землю.
Таким образом, создание легкой, герметичной и устойчивой по форме оболочки позволило реализовать принцип, по которому в сплошной среде тело, обладающее весом меньше вытесненной им массы этой среды, всплывает вверх.
В конце того же 1783 г. в Париже был осуществлен первый полёт людей на воздушном шаре. В те же месяцы французский профессор физики Ж. Шарль создал аэростат, наполненный водородом.
Создание летательных аппаратов легче воздуха (монгольфьеров и шарль-еров) явилось поворотом в развитии идеи полёта. Казалось, что это достижение означает осуществление долгожданной мечты человека о полёте. Наступила эра воздухоплавания.
Однако неуправляемость аэростатов делала их применение весьма ограниченным, а подчас и опасным для воздухоплавателей. Основным его недостатком являлась невозможность совершить полёт по заранее намеченному маршруту. Поэтому вскоре после первых полётов на аэростатах изобретатели многих стран начали работать над проблемой создания управляемого аэро-стата.
Наиболее сложной задачей являлось создание двигателя, обладающего достаточно малым удельным весом для его применения на аэростате. Начало XIX в. ознаменовалось распространением паровых машин, но они были громоздки и тяжелы на единицу мощности.
И только аэростат «Франция», построенный в 1883 г. инженером Ш. Ренаром, с электрическим мотором мощностью 10 л.с. смог держаться на месте при скорости ветра 6 м/с. А в следующем году аэростат «Франция» после 23-минутного полёта возвратился в свою гавань. Это было по тем временам триумфом, поворотным моментом в истории воздухоплавания.
Появление аэростатов на долгий срок отвлекло внимание учёных и изобретателей от идеи летательного аппарата тяжелее воздуха. В частности, в России после работы М.В. Ломоносова по созданию «аэродинамической машины» проекты летательных аппаратов тяжелее воздуха появились вновь более чем через 100 лет.
Однако не следует считать эпоху воздухоплавания застойным этапом в развитии идеи полёта. Работы по созданию управляемых аэростатов способствовали накоплению практического опыта, сыгравшего затем положительную роль в разработке летательных аппаратов тяжелее воздуха. Именно на воздухоплавательных аппаратах впервые были применены пропеллеры, тепловые двигатели, аэродинамические рули, исследованы принципы уменьшения аэродинамического сопротивления.
Разработка и создание первых летательных аппаратов тяжелее
Воздуха в XIX в.
Недостатки воздухоплавательных летательных аппаратов, выявившиеся при попытке их практического применения, обусловили интерес к идее созда-ния летательного аппарата тяжелее воздуха, полет которого не зависел бы от капризов ветра. Однако здесь дело осложнялось тем, что проблема его созда-ния не была обоснована теоретически. Сложность состояла в первую очередь в том, что для полёта летательного аппарата тяжелее воздуха необходима аэродинамическая подъёмная сила. Но к началу XIX в. не было понятно, как она возникает. Поиски велись в направлении и развития махолёта, и разработки винтокрылых аппаратов.
Характерной особенностью винтокрылых летательных аппаратов, отличающей их от других типов, является несущий винт, создающий подъёмную силу и обеспечивающий уникальные взлётно-посадочные характеристики. Но несущий винт в отличие от крыла самолёта и реактивного движителя ракеты не имеет прообраза в природе. Между рисунком Леонардо да Винчи и первыми уверенными полётами винтокрылых аппаратов прошли века.
Модель, испытанная М.В. Ломоносовым в 1754 г., впервые в мире экспериментально подтвердила возможность создания аппарата, способного опираться на воздух. Через 30 лет подобная модель полетела. Это произошло во Франции. В 1784 г. был продемонстрирован полёт простейшей двухвинтовой модели вертолёта. Соосные воздушные винты приводились в движение силой упругости тетивы сжатого лука. Модель весом в 80 г поднималась на небольшую высоту.
Проектов винтокрылых летательных аппаратов, относящихся к первой половине XIX в., обнаружено очень мало. Но уже в 60-е годы число проектов резко возрастает. В России известный изобретатель в области электротехники А.Н. Лодыгин (автор угольной лампы накаливания, основоположник электротермии) стал первым русским конструктором, предпринявшим в 1870 г. попытку создания натурного вертолёта. Вертолёт строился во Франции и предназначался для боевых действий против Германии. Военное поражение Франции помешало его постройке.
В 1880 г. петербургские энтузиасты винтокрылых летательных аппаратов объединились в Воздухоплавательном отделе Русского технического общества, где рассматривались проекты летательных аппаратов, разрабатываемые отечественными и зарубежными конструкторами. Это способствовало развитию связи и преемственности между первыми русскими вертолетостроителями.
В 90-е годы XIX в. начала формироваться московская школа вертолетостроения под руководством Н.Е. Жуковского, который помимо научных и экспериментальных исследований занимался разработкой проектов винтокрылых летательных аппаратов.
И только начало XX в. ознаменовалось подъёмом в воздух первых винтокрылых летательных аппаратов. В 1907 г. во Франции поднялся в воздух пилотируемый вертолет механиков братьев Бреге и профессора Рише. Аппарат поднимался на высоту более метра. В России близки к созданию летающих вертолетов были И.Сикорский (1910 г.) и Б.Юрьев (1912 г.), однако отсутствие финансовой поддержки помешало завершению их работ. Построенный Сикорским в Киеве вертолет стал первым отечественным натурным винтокрылым летательным аппаратом, способным оторваться от земли без лётчика на борту (тяги воздушных винтов не хватало для подъёма большей массы).
Успехи зарубежных создателей вертолетов также были невысоки. Ни одному из них не удалось поднять свой аппарат выше 1,5 м, (то есть выйти из зоны влияния воздушной подушки), продержаться в воздухе дольше 1 мин и совершить управляемый поступательный полёт. Стало ясно, что создание вертолета не под силу изобретателю-одиночке.
А в это же время аэропланы уже уверенно летали. И многие конструкторы, прекратив работы по вертолетам, занялись более перспективными в то время самолетами.
Наряду с предложениями о вертолетах в XIX в. не прекращались попытки решить проблему полета на основе подражания машущему полету птиц. Попытки создания орнитоптеров сопровождались тщательным изучением механизма полета птиц, которое натолкнуло на плодотворную идею решения задачи полета на основе подражания планирующему полету птиц, то есть на идею планера и самолета. В то время как одни исследователи изобретали винто-крылые аппараты, другие разрабатывали махолеты, были ученые, которые считали, что основой летательного аппарата тяжелее воздуха должно стать неподвижное крыло.
Изучение планирующего и парящего полетов птиц показало возможность полета на безмоторном аппарате тяжелее воздуха – планере. Планеризм сыграл большую роль в создании самолета, поскольку до начала XX в. из-за отсутствия достаточно совершенных двигателей единственно возможным типом летательного аппарата тяжелее воздуха являлся планер.
Особый вклад в изобретение планеров внес Отто Лилиенталь. Этот немецкий инженер, кроме наблюдений за птицами, проводил опыты в воздушном потоке с пластинами различной формы, исследовал воздушные течения и восходящие потоки, постепенно постигая технику полета.
Изобретенные Лилиенталем балансирные планеры представляли собой монопланы[1] или бипланы[2] с задним расположением горизонтального и вертикального оперения. Они изготавливались из ивовых прутьев, обтянутых материей. Пилот разбегался с горы против ветра, определяя нужный наклон крыльев. Выждав необходимый порыв ветра, он подпрыгивал, отрывался от земли на несколько секунд и повисал на раме под крылом. Перемещаясь вперед – назад по этой раме (или вправо – влево), пилот сохранял устойчивый полет. Первые испытательные полёты начались в 1891 г. и продолжались почти без перерыва 5 лет. Отдельные из них осуществлялись в течение 20 – 30 секунд, причем дальность планирования составляла 200 – 300 метров.
Планеры Лилиенталя должны были по замыслу автора превратиться в мотопланеры, как современный дельтаплан превратился в мотодельтаплан. Незадолго до своей гибели (1896 г.) Лилиенталь приступил к разработке маломощного двигателя для такого мотопланера, но осуществить задуманный проект не успел.
В России, Англии, Франции, США, к работам немецкого исследователя отнеслись с огромным интересом. Конструкции балансирных планеров Лилиенталя были тщательно изучены его последователями. Так, в США продолжал его работы профессор О. Шанют, организовавший со своими учениками полеты на балансирных планерах системы Лилиенталя с песчаных холмов. Шанют усовершенствовал планеры, добившись их большей устойчивости и управляемости в полете.
Ученики профессора Шанюта американцы братья Райт пошли дальше своего учителя, создав после ряда успешных полетов на планерах достаточно устойчивый и управляемый самолёт.
Наряду с разработкой проектов самолётов-монопланов, прообразом которых являлись птица или воздушный змей, в середине XIX в. зародилась идея самолёта с несколькими несущими поверхностями (биплан, триплан, мультиплан). Это позволяло при равной площади крыльев уменьшить их размах, а следовательно и вес поддерживающей конструкции.
В XIX в. конструктивно наиболее отработанным был паровой двигатель. Появившиеся в конце века двигатели внутреннего сгорания (ДВС) были в то время менее надежными и обладали большей массой на единицу мощности. Поэтому авиаконструкторы предпочитали иметь дело только с паровой машиной.
Вершиной российского самолетостроения в XIX в. стало создание талант-ливым русским изобретателем Александром Фёдоровичем Можайским первого в мире самолета в натуральную величину, способного поднять в воздух человека. Возникновение своей идеи создания летательного аппарата тяжелее воздуха А. Ф. Можайский относил к 1856 г. В дальнейшем он много занимался изучением полёта птиц, проводил разнообразные аэродинамические исследования с пластинками, воздушными змеями, моделями крыльев и винтов. Многочисленные опыты подтолкнули его к идее создания самолёта-моноплана.
Отказ властей финансировать проект побудил изобретателя начать строительство собственными силами и в основном на свои деньги. Части конструкции изготавливались в Петербурге на Балтийском судостроительном заводе. Постройка аппарата производилась под Петербургом в Красном Селе на поле для военных маневров. Из-за недостатка средств работы велись под открытым небом. Имена людей, строивших и впоследствии испытывавших самолёт, не сохранились.
Чертежей построенного самолёта не обнаружено, но сохранились чертежи двух проекций самолёта, поданные вместе с прошением Можайского о выдаче патента на его изобретение. Судя по описаниям и сравнительным данным, самолёт представлял собой расчалочный моноплан с двумя паровыми двигателями в фюзеляже. Фюзеляж имел форму лодки с деревянным каркасом и полотняной обшивкой. К верхним краям бортов крепились левая и правая плоскости крыла прямоугольной формы. На раму крыла была натянута обшивка из шелка, пропитанная лаком для воздухонепроницаемости. Несущие поверхности поддерживались стальными проволочными растяжками, соединёнными с двумя мачтами на фюзеляже и со стойками шасси. При разбеге колёса шасси двигались по деревянным рельсам.
В носовой части фюзеляжа находился меньший двигатель мощностью 10 л.с. Он вращал передний тянущий винт. Второй двигатель мощностью 20 л.с. с помощью ременной передачи приводил в движение боковые пропеллеры, размещённые в прорезях крыла. Винты были деревянные диаметром около 4 метров. Сзади к фюзеляжу было прикреплено хвостовое оперение в виде двух рулей – вертикального и горизонтального. Отклонение рулей осуществлялось пилотом с помощью тросов и лебёдок.
В дореволюционной печати сообщалось о том, что при испытаниях в 1885 г. аппарат отделился от земли, но, будучи неустойчивым, накренился на бок и поломал крыло. А. Ф. Можайский умер в 1890 г., так и не добившись средств на ремонт и повторное испытание самолёта.
Но как бы ни завершился этот эксперимент, аппарат Можайского был первым в мире самолётом, построенным в натуральную величину, проходившим испытания и отделившимся от земли с человеком на борту. Сравнение аэродинамических компоновок и основных параметров паровых самолётов XIX в. доказывает, что решения, найденные А. Можайским, были и совершеннее и перспективнее. Вплоть до 1907 г. после эксперимента Можайского ни в России, ни в других странах не было создано ничего подобного в области авиации.
В сравнении с самолётом братьев Райт, который в 1903 г. стал первым в мире успешно летавшим самолётом, самолёт Можайского обладал следующими перспективными особенностями конструкции: он имел монопланную схему, фюзеляж, оперение нормальной схемы (хвостовое), тянущий воздушный винт, колесное шасси. Схема моноплана Можайского успешно развивалась в XX в., пройдя через все ступени развития самолёта-моноплана.
Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 1172; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!