Цели и задачи дисциплины.

Целью дисциплины: является изучение студентами особенностей обучения в высшей школе структуры ВУЗа общих принципов устройства летательных аппаратов и их оборудования, сущность деятельности по специальности.

1. Книга: к 40-летию основания Аэрокоса история этого университета.

2. История гражданской авиации Красноярского края « Люди и небо» проект.

3. Лекции.

Общие сведения о летательных аппаратах

К летательным аппаратом тяжелее воздуха относятся.

1) Самолеты.

2) Планеры.

3) Самолеты-снаряды.

4) Ракеты.

5) Вертолеты.

6) Автожиры.

Самолет- это летательный аппарат тяжелее воздуха для полетов в атмасфере с помощью двигателей и неподвижным относительно других частей самолета крылом. Благодаря большой скорости грузоподъемности и радиусу действия, надежности в эксплуатации высокой маневренности, устойчивости и управляемости самолет стал основным средством передвижения в воздухе.

Основные части самолета:

• Крыло

• Фюзеляж

• Шасси

• Оперение

• Силовая установка

Крыло – создает подъемную силу придвижении самолета оно обычно не подвижно и закреплено на фюзеляже, но у некоторых самолетов может поворачиваться относительно поперечной оси ( например у самолетов вертикального взлета и посадки) или изменять конфигурацию (стреловидность и размах) установлены рули крена- это усроиства способные увеличить несущую способность и сопротивление крыла при посадке, взлете и маневре (щитки, закрылки, предкрылки, интерцепторы, сполеры и т. д.)

Фюзеляж- служит для размещения экипажа, пассажиров, грузов и оборудования.

Шасси- предназначены для передвижения самолета по аэродрому поглощения удара при посадке как правило снабжается тормозами.

Шасси бывают убирающимися в полете и не убирающимися. Самолеты с неубирающимися шасси имеют меньше лобовое сопротивление, но тяжелее и сложнее по конструкции.

Оперение- служит для обеспечения устойчивости управляемости и балансировки самолета. Обычно размещается позади самолета обычно оно размещается позади крыла и состоит из подвижных и не подвижных частей.

Не подвижная часть горизонтального оперения называется стабилизатором, а вертикальная- килем. К стабилизатору шарнирно прикреплен руль высоты состоящий обыно из двух половин, а к килю крепится руль высоты направления. Рули отклоняются с помощь штурвальной колонки или ручки управления и педелей расположенных в кабине экипажа.

Для облегчения пилотирования и повышения безопасности полетов пассажирским самолетом обычно управляют два пилота а в систему управления могут включаться автопилоты и бортовые вычислители. Для облегчения нагрузок действующих на рычаги управления при отклонении рулей обычно достигается при помощи гидравлических или электрических усилителей. Также устройства аэродинамической компенсации систему управления воздушными рулями основной. Вспомогательные системы служат для управления двигателями триммерами рулей люками шасси, тормозами и т. д.

Силовая установка самолета: необходима для создания тяги, обычно состоит из двигателей, а также систем и устройств обеспечивающих их работу и изменение тяги. На самолеты гражданской авиации применяются главным образом турбореактивные и турбовинтовые двигатели. Встречаются еще самолеты поршневыми двигателями у которых сила тяги создается воздушными винтами у турбо реактивных двигателей тяга возникает в следствии истечения газов из реактивного сопла. У турбо винтовых двигателей более 85% тяги создается винтами а остальная за счет истечения газов.

Двигатели обычно размещают в гандоллах (пилонах). Работу двигателей обеспечивают системы: смазки (масленая), всасывающая воздуха (газов), запуска, управления и автоматизированного контроля.

Оборудование самолета состоит из приборного, радио, и электрооборудования (АИРЭО)-авиацион. и радио электронное оборудование, против. обледенительных устройств, высотного бортового и спец оборудования.

Приборное оборудование в зависимости от назначения подразделяется на пилотажно-навигационное ( вариометры, указатели скорости, авиагоризинты, автопилоты, компасы и т.д.) и для контроля за работой двигателей (манометры, термомтры, расходомеры) и вспомогательное (вольтомеры, амперметры) электрооборудование самолета обеспечавают работу приборов средств управления радио системы запуска двигателей, освещения.

Радиооборудавание это средство радиосвязи и радионавигации, радиолокационное оборудование и системы автоматического взлета и посадки. Для обеспечения безопаности и защиты человека при полете на больших высотах служит высотное оборудование (системы кондиционирования воздуха, кослородное питание и т. д.) удобства размещения пассажиров и экипажа, комфорт во время полета обеспечивается бытовым оборудованием. К спец. оборудованию относятся устройства для размещения и распыления химикатов у самолтов сельхоз. авиации. Для перевозки больных и раненых на самолетах санитарной авиации, загрузки и крепления крупногабаритных грузов у грузовых самолетов, а также оборудование для выполнения аэрофотосъемки, магнитной съемки и так далее.

Планер- это без двигательный аппарат тяжелее воздуха подьемную силу которого создает неподвижное относительно корпуса крыло. Движение планера создается вперед от действия сост. веса.

Планер взлетает с помощью резинного арматизатора и лебедки на барабан которого наматывается трос прикрепленный к планеру или с помощью самолета буксировщика. Полет в спокойной атмосфере происходит с постоянным снижением и под некоторым углом к горизонту. При наличии в атмосфере восходящих потоков возможен полет с некоторым набором высоты. Планеры как правило бывают одно и двух местные.

Самолеты-снаряды и ракеты относятся к беспилотным летательным аппаратам тяжелее воздуха первоначально они были созданы для изучения работы ракетных двигателей и верхних слоев атмосферы.

Вертолет (геликоптер)- это летательный аппарат тяжелее воздуха у которого подъемная и сила необходимая для полета создается одним или несколькими воздушными винтами вращающимися в горизонтальной плоскости. Несущие винты приводятся во вращение с помощью реактивных или поршневых двигателей через редуктор или вертикальный вал.

Созданы вертолеты у которых вращение винта осуществляется с помощью реактивных двигателей или насадок установленных на лопастях вертолета. Вертолеты с таким приводом называют реактивными в отличие от самолета подъемная сила на крыле которого создается только при поступательном движении аппарата. Несущий винт самолета заменяет не только крыло но и тянущий винт (тягу реактивного двигателя позволяя вертолету двигаться вперед, вправо, влево, назад. Подниматься и снижаться под различными углами к горизонту, наподвижно висеть в воздухе и поворачиваться вокруг своей вертикальной оси). Это достигается наклоном тяги несущего винта в сторону необходимую для полета. Несущии винт вертолета обладает еще одним не менее важным свойством. В случае отказа двигателя в полете он может, создавать подъемную силу вращаясь, под действием набегающего воздушного потока, что называется авторатацией. Это позволяет вертолету совершать планирующий или парашютирующий спуск и посадку.

Конструкцию вертолета любой схемы образуют фюзеляж, шасси, несущии винт, органы управления, приборная и радио и электрооборудование, силовая установка с системами обеспечивающими её работу (топливной, смазочной, всасывающей, охлаждающей и т. д.). Трансмиссия включает в себя редукторы, валы, муфты управления трансмиссией и тормоз несущего винта.

Одновинтовые вертолеты с механическим приводом несущего винта кроме того имеют еще и хвостовой винт. Также систему управления ими. Некоторые конструкции вертолетов снбжены вертикальным и горизонтальным оперением.

Аппарат вертикального взлета и посадки (АВБП)- представляет собой либо сочетание самолета с вертолетом либо это самолеты у которых подъемная сила на взлете и посадке создается при помощи реактивных двигателей называемыми подъемными. В горизонтальном полете у таких аппаратов подъемная сила создается крылом. А тяга обычными двигателями называемыми маршевым. При других схемах вертикальный взлет и посадка могут совершаться при помощи отклонения вектора тяги, что достигается либо поворотом двигателей либо отклонением реактивной струи. При проектировании подобных аппаратов ставится задача совместить преимущество вертолета с высокой скорость самолета. Однако перспектива применения таких аппаратов очевидно будет полностью зависеть от экономических показателей. То есть более сложная и дорогая конструкция должна иметь высокую производительность.

Автожир- это летательный аппарат тяжелее воздуха у которого основной несущей поверхностью является ротор то есть несущий винт вращающийся под действием встречного потока воздуха. Поступательное передвижение автожира в отличие от вертолета обеспечивается обычным воздушным винтом вращаемым двигателем. Требование предъявляемые к летательным аппаратам и их классификация.

Самолет должен иметь заданные летные характеристики:

1. Скорость

2. Дальность

3. Продолжительность полета.

4. Грузоподъемность.

5. Высота полета.

6. Как можно меньшую посадочную скорость.

7. Хорошую устойчивость и управляемость- при обеспечении полета.

8. Как средства транспорта вертолеты и самолеты должны иметь хорошие экономические показатели то есть как можно меньшую стоимость в производстве. Низкие эксплуатационные расходы. Большую продолжительность работы (календарный срок службы- ресрс). Обладать достаточной прочностью и жесткостью, высокой живучестью и надежностью.

Эксплуатационные требования включают в себя: обеспечение удобных подходов к двигателям, узлам управления агрегатами и оборудованию требования ремонтной пригодности сводится к обеспечению возможности быстро и дешево восстановить поврежденные и износившиеся модули. Кроме того от пассажирских самолетов и вертолетов требуется их удобное размещение. Создания комфорта для создания наиболее благоприятных условий для жизнедеятельности организма.

Значительное влияние на летно технические показания и безопасность полетов на всех необходимых летных режимах оказывает аэродинамическая компоновка. Под которой понимается рациональный выбор внешних форм и взаимного расположения крыла, оперения, фюзеляжа и силовой установки. Основной признак классификации летатеалбного аппарата это их назначение так как оно в первую очередь определяет летно технический данные внешние формы и основные размеры, насыщенность оборудования и так далее.

Все самолеты и вертолеты делятся на гражданские и военные. Особую группу составляют экспериментальные самолеты и вертолеты. Гражданские самолеты и вертолеты транспортные, спец. применение и учебные предназначены для выполнения работ в интересах экономики страны. Транспортные самолеты и вертолеты перевозят пассажиров и различные грузы а также почту. Поэтому они подразделяются на пассажирские и грузовые.

Гражданские самолеты в зависимости от дальности полета подразделяются на самолеты местных воздушных линии (МВЛ) с дальность полета до 1000 км.

Авиалинии малой протяженности до 2000 км авиалинии средней протяженности до 6000 км, и авиалинии дальней протяженности свыше 10000 км.

В зависимости от максимальной взлетной массы летательного аппаратам присваиваются классы:

1 Класс: самолеты массой более 75 тонн и вертолеты массой более 10 тонн.

2 Класс: самолеты 30-75 тонн и вертолеты массой 5-10 тонн.

3 Класс: самолеты массой до 10 тонн и вертолеты массой до 2 тонн.

Грузовые самолеты и вертолеты от пассажирских отличаются отсутствием бытового оборудования обеспечивающего необходимое удобство пассажирам. Увеличенными размерами грузовых дверей более прочным полом установкой на борту устройств механизирующих погрузку и разгрузку. Такие летательные аппараты должны обладать большой грузоподъемностью и экономичностью. Самолеты и вертолеты специального назначения выполняют самые различные функции и отличаются от транспортных особым оборудованием и в отдельных случаях большой емкостью топливных баков для топлива. Учебные самолеты предназначены для обучения техники пилотирования и самолетовождению пилотов.

Схемы самолетов.

Все самолеты можно оьединить в группы различающиеся по конструктивым признакам:

-числу и расположению крыльев.

-типу фюзеляжа

-форме и расположению оперения.

-типу, количеству и расположению двигателей.

-конструкции и расположению шасси.

Схемы самолета в большей степени влияют на летные, массовые и эксплуатационные качества самолета.

По числу крыльев – различают монопланы- это самолеты с одним крылом и бипланы – это самолеты с двумя крыльями расположенными друг над другом.

Бипланы у которых одно крыло короче другого получили название полуплан.

На заре развития авиации встречались самолеты с тремя несущими поверхностями (триплан) и даже пятипланы.

Биплан маневреннее моноплана так как при одинаковой площади крыльев размах их и длина оказываются меньшими у биплана. Основной недостаток у биплана это большое лобовое сопротивление. Именно этот недостаток прекратил дальнейшее развитие самолетов этой конструкции.

В современной авиации самолеты- бипланы встречаются редко подавляющее большинство самолетов в современное время выполнены по конструкции моноплана.

В зависимости от расположения крыла относительно фюзиляжа различаются самолеты с низким (низкоплан), среднем (среднеплан), и высоким (высокоплан) расположением крыла. При низком расположении крыла конструктивно проще расположить оперение выше крыла и вывести его из зоны затенения воздушным потоком сбегающим с крыла. Кроме того высота стоек получается не большой что позволяет уменьшить массу шасси.

Однако низкоплан с аэродинамической точки зрения и из-за взаимного влияния крыла и фюзеляжа менее выгоден. К тому же нижнее расположение крыла дает плохой обзор вниз из окон пассажирских кабин.

Самолеты со средним расположением крыла в современной авиации получают все большее распространение так как у них взаимное влияния крыла и фюзеляжа определяющее общее сопротивление самолета наименьшее. Недостаток самолета со средним расположением крыла это необходимость конструктивно утанавливать продольные силовые элементы крыла фюзеляжа что затрудняет размещение в этом месте грузов, оборудования и пассажиров

Самолеты с высоко расположенным крылом отличаются следующими преимуществами:

-высокое размещение двигателей от поверхности взлетно-посадочной полосы. Уменьшает вероятность попадания в них твердых частиц с поверхности аэродрома.

-Простота загрузки и разгрузки самолета, хороши обзор из окон пассажирских кабин для летающих лодок. Высокое расположение крыла наиболее рационально.

К недостаткам схемы относятся трудность уборки шасси в крыло. Утяжеление конструкции шасси и фюзеляжа. Сложность обслуживания двигателей и крыла заправки топливных и масленых баков.

Самиолеты с высоким расположением крыла получили широкое распространение в транспортной авиации для перевозкигрузов.

По типу фюзеляжа самолеты подразделяют на несколько видов:

-подавляющее большинство самолетов в современной авиации имеют фюзеляжи которые служат не только для размещения экипажа, пассажиров, оборудование и грузов но и для крепления крыла и оперения.

Фюзеляжи не несущие оперения называют гандоллами. Оперение в этом случае поддерживается двумя балками и самолеты при этом иногда называют двухблочными. Такая схема удобна для грузовых самолетов так как в задней части гондолы можно сделать большие люки для перевозки крупногабаритных грузов. У самолетов может быть два фюзеляжа и не быть его совсем.

Самолеты без фюзеляжа называют «летающим крылом» в этом случае фюзеляж заменяет вмонтированная в крыло гондола если масса самолета не большая и не удается разместить все грузы в толщине крыла. Если же самолет имеет большие размеры то функцией фюзеляжа выполняет само крыло.

По расположению оперения самолеты подразделяют:

-самолеты у которых есть оперение (горизонтальное) стабилизатор, руль высоты и вертикальное ( киль руль поворота) размещаются позади крыла.

-самолеты типа «утка» у которых горизонтальное оперение расположено впереди крыла.

-Самолеты типа «бесхвоста» и «летающее крыло» у которых оперение находится на крыле.

Наибольшее распространение получили самолеты с оперением позади крыла. Оперение может быть однокилевым, много килевым и V образным.

Наибольшее распространение в настоящее врямя получили самолеты с однокилевым оперением.

По типу шасси самолеты подразделяют на сухопутные, гидросамолеты и амфибии.

Шасси сухопутных самолетов бывает колесным, лыжным, гусеничным последнее встречается редко. Иногда к конструкции шасси предусмотрена возможность замены колес лыжами так как шасси необходимо только при взлете и посадке. В полете для уменьшения лобового сопротивления желательно убирать их в крыло или фюзеляж.

Гидросамолеты бывают лодочные и поплавковые. У лодочных фюзеляж служит для размещения экипажа, пассажиров, грузов и оборудования, а также для взлета с водной поверхности, и посадки на нее. У гидросамолетов поплавкой схемы для взета и посадки служат специальные приспособления- поплавки.

Колесные шасси самолетов могут быть по схеме с хвостовой или передней опорой и велосипедного типа.

По типу двигателей самолеты можно подразделить на поршневые, турбовинтовые и реактивные. По количеству двигателей на одно, двух, трех, четырех, шести и восмидвигательные.

Типы и количество двигателей влияют на их размещение на самолете. Важно их так разместить чтобы не нарушились нужные аэродинамические формы крыла и фюзеляжа, а также изменение тяги не оказывало бы ощутимого влияния на балансировку и устойчивость самолета.

Размещение двигателей должно обеспечивать хороший подход к агрегатам при техническом обслуживании, а также простоту их замены.

Поршневые и турбореактивные двигатели чаще всего располагают на крыле в носовой части фюзеляжа или над ним (На гидросамолетах где требуется максимально удалить двигатели от поверхности воды)

Реактивные двигатели могут располагаться внутри фюзеляжа, крыла либо под ним, хорошо обтекаемых гондолах и на фюзеляже. Размещение двигателя внутри крыла возможно только на самолетах больших размеров и с не очень тонким крылом при размещении двигателя внутри крыла у самолета должны быть сохранены достаточно хорошие аэродинамические формы. Большое количество самолетов имеют двигатели расположенные с боков фюзеляжа в хвостовой его части. Такое расположение имеет ряд преимуществ по сравнению с расположением двигателей на крыле.

-уменьшается разворачивающий момент при отказе части двигателей

-крыло лишенное надстроек имеет высокие аэродинамические качества.

-значительно снижается шум в пассажирской кабине так как основной источник шума двигатели удалены в сторону противоположную направлению полета.

Недостатки такого расположения двигателя следующие:

-более усиленная а значит и более тяжелая хвостовая часть фюзеляжа.

-удаление коммуникации управлением двигателями.

- ухудшение путевой устойчивости в следствии удлинения носовой част фюзеляжа.

Схемы вертолетов.

Классифицировать схемы вертолетов можно по разлиным признакам. Например по виду привода несущего винта по числу винтов их расположению и по методу компенсации реактивного момента несущего винта.

Реактивный момент возникает при вращении несущего винта он поворачивает корпусу вертолета в сторону противоположную направлению вращения винта.

При одинаковой мощности двигателей реактивный момент вертолета значительно больше чем у самолета так как несущии винт вертолета делает 200-350 оборотов в минуту а винт самолета 2000-2500 оборотов в минуту.

По способу компенсации реактивного момента несущего винта различают 6 основных схем вертолетов.

1. Одновинтовая схема с рулевым винтом. Предложена в 1910 году конструктором Юрьевым и используется по сей день.

Реактивный момент несущего винта компенсируется моментом подтяги развиваемым винтов меньшего диаметра который установлен в хвостовой части фюзеляжа.

Хвостовой винт приводится во вращение тем же двигателем который вращает и несущий винт через трансмиссию.

Трансмиссия включает в себя редукторы валы и муфты. Тяга рулевого винта а значит и момент создаваемый его могут изменятся что и используется для рулевого управления вертолетом.

Существуют вертолеты у которых компенсация реактивного момента вместо рулевого винта используется реактивная тяга газов двигателей или воздуха от компрессора. Однако такие схемы вертолетов не получили широкого распространения главным образом из-за потери управляемости аппарата во время снижения его авторатирующим несущим винтом при отказе двигателя, а также в следствии значительных потерь мощности двигателей в полете.

2. Вертолеты с осной схемой имеют два противоположно вращающихся на одной оси с одинаковой частотой винта расположенных друг над другом. По скольку геометрические размеры, форма лопастей, углы атаки и частота вращения обоих лопастей одинаковы, то реактивные моменты их взаимно уравновешиваются путевое управление осуществляется дифференциальным изменением углов установки на несущих винтах при этом возникает разность крутящих моментов, что приводит к повороту корпуса в нужную сторону. Часто для улучшения путевого управления вертолет с осной схемой снабжают рулями поворота действия которых подобны действию рулей на самолете.

3. Вертолеты продольной схемы выполняются с двумя несущими винтами установленных на концах фюзеляжа (тадем). В полете они вращаются с одинаковой частотой в противоположные стороны в следствии чего взаимно уравновешиваются их крутящие моменты. Для избижения при горизонтальном полете отрицательного воздействия переднего винта на задний плоскости вращения последнего располагаются выше плоскости вращения переднего винта. Обычное расстояние между осями несущих винтов меньше их диаметра в таком случае говорят что винты работают с перекрытием.

Для предотвращения столкновения лопастей обязательна синхронизация вращения винтов необходимая и для взаимного уравновешивания крутящих моментов.

4. Вертолеты двух винтовой поперечной схемы: имеют два несущих винта расположенные по бокам фюзеляжа. Винты вращаются в противоположные направления с одинаковой частотой в следствии чего уравновешиваются реактивные крутящие моменты.

У вертолетов поперечной схемы крепления несущих винтов рационально применять крыло которое в полете с поступательной скоростью разгружает несущие винты. Для уменьшения поперечных размеров вертолетов несущие винты иногда устанавливают на фюзеляже очень близко друг к другу. \В этом случае вращающиеся лопасти проходят под втулкой соседнего винта, но их оси вращения наклонены. Такие вертолеты получили наименование двухвинтовых вертолетов поперечной схемы с перекрещивающимися винтами. В этой схеме должна быть обеспечена надежная синхронизация вращения винтов полностью исключающая столкновения лопастей.

5. Много винтовая схема: применяется на вертолетах с большой полетной массой сложность конструкции трансмиссии и управления пока ограничивают возможность создания вертолетов с числом несущих винтов более двух, но все же с определенной долей оптимизма можно ожидать в ближайшем будущем вертолеты с 3-я, 4-я несущими винтами способными перевозить грузы массой 70-100 тонн на расстояние 100-200 км.

Для перевозки более тяжелых тяжелых грузов предпочтительнее представляется схема сочетающая вертолет и дирижабль.

6. Вертолеты с реактивными двигателями. Имеют на лопастях несущего винта реактивные двигатели не больших размеров или сопла к которым по турбо приводам находящимся внутри лопастей подходят либо продукты сгорания реактивного двигателя расположенного в фюзеляже либо сжатый воздух от компрессора.

В результате при истечении продуктов сгорания или воздуха возникает реактивная тяга которая вращает несущий винт. В следствии того что крутящий момент на корпус вертолета не передается и каких либо устройств для уравновешивания крутящего момента у вертолетов с реактивными двигателями нет.

Поэтому такие вертолеты строятся по наиболее упрощенной одновинтовой схеме. У таких вертолетов отпадает необходимость в установке сложной и громоздкой трансмиссии для передачи мощности на винт. По этим причинам реактивные вертолеты по сравнению с вертолетами с механическим приводом несущего винта имеют более простую конструкцию больший полезный объём грузовых а пассажирских кабин а также лучшею весовую отдачу.

Однако при создании реактивных вертолетов возникают следующие трудности:

-сложность создания малогабаритных реактивных двигателей устойчиво работающих в поле больших центробежных сил.

-большой расход топлива.

-двигатели и сопла установленные на лопастях ухудшают аэродинамические характеристики несущего винта что особенно сказывается в режиме авторотации.

-сложность конструкции втулки и лопастей несущего винта с компрессорным приводом.

Некоторые конструкции реактивных вертолетов имеют хвостовые винты, но они не служат для обеспечения путевого управления и поэтому имеют не большие размеры и потребляют не большую мощность.

Летательные аппараты легче воздуха.

Аэростат – летательный аппарат легче воздуха. Известно что всякое тело погруженное в жидкость или газ испытывает действие выталкивающей силы Архимеда направленной вверх.

Первый полет аэростата был совершен в 1783 году в Париже на аэростате который создали братья Монгальфье. Этот аэростат был заполнен нагретым воздухом и полет продлился около 25 минут.

Различают аэростаты – неуправляемые и управляемые, которые обычно называют Дерижаблями.

Неуправляемые аэростаты в свою очередь делятся на свободные и привязанные.

Аэростат представляет собой сферическую оболочку из прорезиненной хлопчатобумажной ткани к которой привязываются стропы к которым крепятся гондолы для размещения в них экипажа.

Герметическим гондолам придают шарообразную форму. В гондоле размещается экипаж, пассажиры, приборы, необходимые запасы и оборудование. К гондоле крепятся гайдроф канат с якорем предназначенным для торможения аэростата при посадке. Под гондолой или на её бортах размещают балласт (как правило песок в мешках). В верхней части оболочки предусмотрен клапан для выпуска газа. Для управления клапоном служит веревка конец которой находится в гондоле.

В нижней части оболочки расположен патрубок для заполнения аэростата газом и свободного выхода из мешков его при нагревании оболочки аэростата в полете. Этим устраняется повышение давления в оболочке. Верхней части обшивки пришиваются клепки к которым крепятся поясные веревки удерживающие аэростат на земле перед полетом.

Свободные аэростаты перемещаются в воздухе под действием набегающих воздушных потоков и управлять ими можно только в вертикальном направлении то есть изменять высоту полета.

Для подъема аэростат облегчают то есть выбрасывают часть балласта.

Для снижения аэростата открывают клапан и выпускают часть газов в атмосферу. В результате чего подьемная сила уменьшается и аэростат теряет высоту.

Свободные аэростаты широко применяются в настоящее время. Для научных исследовании атмосферы и испытанием различного исследовательского оборудования и спортивных целей.

К свободным аэростатам относятся не большие баллоны-зонды, шары- пилоты и радио- зонды применяемые для метеорологических измерении и поднимающихся на большую высоту. Оболочки таких аэростатов изготавливают как правило из искусственного прозрачного материала.

Привязные аэростаты используют также для метеорологических наблюдении и при военных действиях для корректировки артиллерийского огня. Защиты городов, военных и промышленных объектов от налетов вражеских самолетов.

Подъем и спуск аэростата такого типа осуществляется лебедками.

Дирижабль – управляемый аэростат который состоит из корпуса, оперения и гондолы.

Корпус имеет удлиненную форму с тупой носовой частью и заостренной кормой для того чтобы получить минимальное лобовое сопротивление.

Оперение состоит из горизонтального (стабилизатор), неподвижных частей, и из подвижных, и горизонтального (руль высоты), вертикальных рулей направления

Гондола (одна или несколько) служат для размещения экипажа, пассажиров, двигателей и оборудования.

Дирижабли бывают мягкие, полужесткие и жесткие. У мягких обычно объем от 1000 до 7000 кубических метров. Матерчатый корпус служит и оболочкой для газа. К корпусу с помощью строп подвешена гондола с силовой установкой. Оболочка дирижабля изготавливается из прочной прорезиненной ткани. Внутри оболочки размещен баллонет из двухслойной прорезиненной материи прикрепленной к корпусу (оболочке).

Баллонет служит для сохранения постоянной подъемной силы и формы оболочки дирижабля, и поэтому в нем всегда поддерживается избыточное давление.

При подъеме на высоту или при нагревании газа часть воздуха из баллонета удаляется, а при уменьшении давления воздух в баллонет нагнетается с помощью вентилятора.

Под гондолой расположены два воздушных арматизатора смягчающих удар при приземлении.

Для удержания дирижабля на старте и при посадки служат специальные лебедки (поясные веревки).

Основы аэродинамики.

Аэродинамические трубы.

Аэродинамика это наука изучающая законы движения воздуха и взаимодействия воздушного потока с находящимися в нем телами. Аэродинамика как самостоятельная наука начала развиваться в конце 19 столетия. Долгое время она была лишь специальным разделом физики.

Развитие аэродинамики шло по двум основным направлениям (теоретическому и экспериментальному).

Теоретическая аэродинамика находит решения путем теоретического анализа происходящей ситуации. Решения при этом большинства практических задач получаются приблизительными.

Экспериментальная аэродинамика изучает сущность тех же явлении опытным путем и определяет значение аэродинамических сил при испытании моделей летательных аппаратов.

Аэродинамические эксперименты проводят главным образом в аэродинамических трубах где можно создать искусственный регулируемый поток воздуха и при расчетах пользуется законом обращения движения. В соответствии с которым сила действующая на тело движущиеся со скоростью равна силе действующей на то же тело закрепленное неподвижно и обдуваемое потоком воздуха с такой же скоростью.

Исследуемое тело (модель) устанавливается в потоке и крепится не подвижно. Для моделирования движения необходимо в аэродинамической трубе создать равномерный поток воздуха имеющий одинаковую плотность и температуру.

В аэродинамических трубах определяют силы действующие при полете на летательный аппарат находят оптимальные формы последних и исследуют устойчивость и управляемость.

Аэродинамические трубы разделяют на два вида:

1. Прямого действия.

2. замкнутые.

В аэродинамической трубе прямого действия вентилятор приводимый в действие электродвигателями втягивает воздух в трубу и прогоняет его через рабочую часть где устанавливается испытуемая модель. Далее воздух выбрасывается наружу. Перед рабочей частью устанавливается решетка служащая для спрямления воздушного потока обтекающего испытуемое тело. Вентилятор в данном случае устанавливается в выходной части трубы.

Аэродинамические трубы прямого действия отличаются простотой конструкции в аэродинамических трубах замкнутого типа входная и выходная части соединены между собой. Такие трубы более экономичны так как энергия затраченная вентилятором для создания потока воздуха частично используется повторно. Сужающееся сопло предназначено для получения потока воздуха с заданными по сечению характеристиками скоростью, плотностью и температурой.

Расширяющийся диффузор уменьшает скорость а соответственно повышает давление струи вследствие чего экономится энергия затраченная на привод вентилятора.

Вентилятор с электродвигателем служит для разгона воздуха и в дальнейшем компенсирует потери энергии потока. Направляющие лопатки уменьшают потери энергии воздуха и предотвращают появление вихрей при поворотах потока. Радиатор обеспечивает постоянную температуру воздуха.

Аэродинамические трубы предназначены для исследовании в области, до звуковых и сверхзвуковых скоростей. Схемы до звуковых и сверхзвуковых в общих чертах одинаковы. Для получения сверхзвуковой скорости рабочую часть трубы выполняют в виде сопла Ловаля которая представляет собой сначала сужающийся, а затем расширяющийся канал.

В сужающиеся части скорость потока воздуха возрастает и в наиболее узкой части достигает скорости звука, а сужающее части канала скорость становится сверхзвуковой.

Каждому значению сверхзвуковой скорости отвечает определенный контур крыла, поэтому в сверхзвуковых аэродинамичаских трубах применяют сопло с изменяющимися (управляемыми) контурами или сменными с различными контурами. Для изменения сил моментов действующих на испытуемое тело в аэродинамических трубах применяют аэродинамические весы для определения действующих сил широко используются способ измерения давления на поверхности модули с помощью специальных отверстий соединенных с манометрами. Помимо аэродинамических труб для аэродинамических исследований применяют «летающие лаборатории» представляющие собой самолеты специально продуманные для данной цели. Эксперименты в летающих лабораториях отличаются высокой точностью результатов так как они выполняются в реальных условиях полета.

Атмосфера.

Земля окружена газовой оболочкой которая создаёт условия жизни на нашей планете. Защищает их от губительного воздействия космической радиации идущей из глубин космоса и солнца, ультрафиолетовых лучей и мощного теплового потока.

Атмосферой принято считать ту область вокруг земли в которой газовая среда вращается вместе с землей как единое целое. Полеты летательных аппаратов происходящие в атмосфере и поэтому в большей степени зависят от её характеристик и строения.

Воздух как и любой газ обладает неограниченной возможностью расширятся и равномерно заполнять весь предоставленный ему объем. В то же время воздух находясь в гравитационном поле земли обладает большим весом. Считается, что вес атмосферы равен 57,7 * 10^18 Н. Благодаря этому плотность воздуха и атмосферное давление максимальное и земли и по мере подъёма на высоту поступательно уменьшается. На высоте в несколько тысяч километров плотность принимается равной 10^-24 грамм на см в кубе.

Воздух составляющий атмосферу представляет собой механическую смесь газов содержание которых по объему в нижних слоях атмосферы следующее: азот 78%, кислород 21%, аргон 0,93%, и другие газы 0,7%.

Относительный состав постоянных компонентов атмосферы не меняется приблизительно до высоты 90 км. До высоты 400-600 км сохраняется преимущественно кислородно- азотный состав атмосферы, однако постепенно из-за то, что высшие слои атмосферы не защищены от космического воздействия в них идут процессы ионизации атомов кислорода и появлении атомов озона.

С высоты 600 км и до высоты 1600 км в атмосфере начинает преобладать гелий, а на высоте более 3000 км водород. Так постепенно газовая оюолочка окружающая землю переходит в межзвездный газ состоящий по массе из 76% водорода, и 23% гелия.

В нижних слоях атмосферы находится большое количество паров воды составляющих примерно 1% от общей массы атмосферы, а также продуктов сгорания концентрация которых колеблется в широких пределах.

Неравномерное нагревание отдельных участков земли и атмосферы в разных районах земного шара и на различных высотах, а также вращение способствует созданию воздушных потоков.

Многочисленный исследования показали, что атмосфера имеет четко выраженное сложное строение. В слоях атмосферы меняются не только состав воздуха но и его температура. Как и сама земля атмосфера подвергается влиянию вращения нашей планеты и поэтому несколько сплющена с полюсов и расширенна над экватором.

Нижний слой атмосферы, простирающийся до высоты 8 км у полюса и 18 км над экватором называется – Тропосферой. Этот слой характеризуется массивным перемещением воздушных потоков, наличием облачности и осадков, устойчивым понижением температуры поднятием высоты. Температура у земли может изменяться в широких диапазонах от -70 до +55 градусов по Цельсию.

В верхнем слое тропосферы температура стабилизируется и становится равной -56. Для средних широт высота, на которых температура воздуха практически становится неизменяемой 11км.

В связи с тем, что плотность воздуха быстро убывает с высотой в тропосфере сосредоточенно около 80% всей массы атмосферы. Выше слоя тропосферы примерно до высоты 55 км простирается стратосфера, которая в нижних слоях примерно до 25 км характеризуется постоянной температурой воздуха. На больших высотах температура воздуха повышается, достигая +0,8.

Причина возникновения этого теплого слоя атмосферы объясняется явлением абсорбции (поглощение молекулами кислорода и азота ультрафиолетового излучения от солнца).

В верхней тропосфере и нижней стратосфере встречаются струйные течения шириной в несколько сотен км в пределах, которых ветер достигает до 150 метров в секунду.

На высотах 55-80 км расположена мезосфера, в которой снова постепенно происходит понижение температуры до -88. В мезосфере находится примерно 0,3% всей массы воздуха.

Выше лежит слой термосферы, который простилается до высоты около 800 км. В этом слое под действием излучения солнца происходит ионизация молекул водорода, что приводит к повышению температуры до +50. Однако из –за большой разреженности воздуха находящиеся в нем тела будут нагреваться крайне медленно.

На высотах белее 800 км находится экзосфера, которая является переходной зоной в космическое пространство. Вследствие сильной ионизации воздуха в верхних слоях атмосферы они получили название ионосферы.

Паузы это переходные зоны между различными частями атмосферы наибольший интерес для авиации получила тропопауза отделяющая тропосферу от стратосферы, так как это основная зона полетов современных самолетов.

Толщина тропопаузы приблизительно несколько сотен метров до несколько тысяч метров.

Основными параметрами, характеризующими состояние воздуха являются: давление, температура и плотность. Они значительно меняются не только по высоте, но и колеблется в зависимости от широты и долготы местности временем года и суток.

Для удобства аэродинамических расчетов в сравнении результатов испытании летательных аппаратов проводимых в различных местах и в разное время была введена стандартная атмосфера. Это условие атмосферы с определенными значениями параметров воздуха по высотам стандарт А принятая в России в соответствии с международным стандартом А.