Samolot - Airplane

Pierwszy lot samolotu Wright Flyer 17 grudnia 1903 r.

Samolot lub samolot (nieformalnie samolot ) jest samolot stałopłatowymi który jest napędzany przez naprzód pchnięciem z silników odrzutowych , śmigła lub silnika rakietowego . Samoloty mają różne rozmiary, kształty i konfiguracje skrzydeł . Szerokie spektrum zastosowań samolotów obejmuje rekreację , transport towarów i osób, wojsko i badania. Na całym świecie lotnictwo komercyjne przewozi rocznie ponad cztery miliardy pasażerów samolotami pasażerskimi i przewozi ponad 200 miliardówtona - kilometry ładunków rocznie, co stanowi mniej niż 1% światowego ruchu towarowego. Większość samolotów jest obsługiwana przez pilota na pokładzie samolotu, ale niektóre są zaprojektowane tak, aby były zdalnie lub sterowane komputerowo, takie jak drony.

Do braci Wright wymyślił i poleciał pierwszy samolot w 1903 roku uznany za „pierwszego trwałego i kontrolowany cięższa od powietrza zasilanego locie”. Opierali się na pracach George'a Cayleya z 1799 roku, kiedy to przedstawił koncepcję nowoczesnego samolotu (a później budował i latał modele i udane szybowce pasażerskie ). W latach 1867-1896 niemiecki pionier lotnictwa ludzkiego, Otto Lilienthal, również studiował lot cięższy od powietrza. Po jej ograniczonym użyciu podczas I wojny światowej technologia lotnicza nadal się rozwijała. Samoloty brały udział we wszystkich ważniejszych bitwach II wojny światowej . Pierwszym samolotem odrzutowym był niemiecki Heinkel He 178 w 1939 roku. Pierwszy samolot pasażerski , de Havilland Comet , został wprowadzony na rynek w 1952 roku. Boeing 707 , pierwszy szeroko zakrojony komercyjny odrzutowiec, był w służbie komercyjnej przez ponad 50 lat, od 1958 do co najmniej 2013.

Etymologia i użycie

Po raz pierwszy poświadczone w języku angielskim pod koniec XIX wieku (przed pierwszym ciągłym lotem z napędem), słowo samolot , podobnie jak samolot , pochodzi od francuskiego aéroplane , które pochodzi od greckiego ἀήρ ( aēr ), „powietrze” i albo łacińskiego planus , „poziom” lub grecki πλάνος ( planos ), „wędrówka”. „ Aéroplane ” pierwotnie odnosił się tylko do skrzydła, ponieważ jest to samolot poruszający się w powietrzu. W przykładzie synecdoche słowo skrzydło zaczęło odnosić się do całego samolotu.

W Stanach Zjednoczonych i Kanadzie termin „samolot” jest używany dla napędzanych samolotów o stałym skrzydle. W Wielkiej Brytanii i większość Rzeczypospolitej , termin „samolot” ( / ɛər ə p l n / ) jest zwykle stosowany do tych samolotów.

Historia

Le Bris i jego szybowiec Albatros II, sfotografowany przez Nadara , 1868
Otto Lilienthal w locie, ok. godz. 1895

Przeszłość

Wiele historii od starożytności obejmować lotu, takich jak greckiej legendy o Ikara i Dedala , a Vimana w starożytnych indyjskich eposów . Około 400 pne w Grecji , Archytasa został podobno zaprojektował i skonstruował pierwszy sztuczny, samojezdny urządzenie pływające, model birdshaped napędzany strumieniem, co było prawdopodobnie parę, mówi się, że przyleciał jakiś 200 m (660 ft) . Ta maszyna mogła zostać zawieszona na czas lotu.

Niektóre z najwcześniejszych zarejestrowanych prób z szybowcami to te, które wykonali IX-wieczny andaluzyjski i arabskojęzyczny poeta Abbas ibn Firnas oraz XI-wieczny angielski mnich Eilmer z Malmesbury ; oba eksperymenty zraniły swoich pilotów. Leonardo da Vinci badał konstrukcję skrzydeł ptaków i zaprojektował samolot z napędem ludzkim w swoim Kodeksie lotu ptaków (1502), po raz pierwszy zwracając uwagę na rozróżnienie między środkiem masy a środkiem nacisku latających ptaków.

W 1799 roku George Cayley przedstawił koncepcję nowoczesnego samolotu jako maszyny latającej o stałym skrzydle z oddzielnymi systemami podnoszenia, napędu i sterowania. Cayley budował i latał na modelach stałopłatów już w 1803 roku, a w 1853 roku zbudował udany szybowiec do przewozu pasażerów. W 1856 roku Francuz Jean-Marie Le Bris wykonał pierwszy lot z napędem, mając swój szybowiec „L” Albatros artificiel” ciągnięty przez konia na plaży. Wtedy też Rosjanin Alexander F. Mozhaisky wykonał kilka innowacyjnych projektów. W 1883 roku Amerykanin John J. Montgomery wykonał kontrolowany lot szybowcem. Innymi lotnikami, którzy w tym czasie wykonywali podobne loty, byli Otto Lilienthal , Percy Pilcher i Octave Chanute .

Sir Hiram Maxim zbudował statek ważący 3,5 tony, o rozpiętości skrzydeł 34 m, który był napędzany dwoma silnikami parowymi o mocy 360 koni mechanicznych (270 kW) napędzanymi dwoma śrubami napędowymi. W 1894 roku jego maszyna została przetestowana z podwieszonymi szynami, aby zapobiec jej podnoszeniu. Test wykazał, że miał wystarczającą siłę nośną do startu. Statek był niekontrolowany, co Maxim, jak przypuszcza się, zdał sobie sprawę, ponieważ później porzucił prace nad nim.

W latach 90. XIX wieku Lawrence Hargrave przeprowadził badania nad konstrukcjami skrzydeł i opracował latawiec skrzynkowy, który unosił ciężar człowieka. Jego projekty latawców w pudełku zostały powszechnie przyjęte. Chociaż opracował również typ silnika obrotowego samolotu, nie stworzył ani nie latał samolotem z napędem na stałe.

W latach 1867-1896 niemiecki pionier lotnictwa ludzkiego Otto Lilienthal opracował lot cięższy od powietrza. Był pierwszą osobą, która wykonała dobrze udokumentowane, powtarzające się, udane loty szybowcem.

Wczesne loty z napędem

Rysunki patentowe Éole Clementa Adera .

Francuz Clement Ader skonstruował swoją pierwszą z trzech maszyn latających w 1886 roku, Éole . Była to konstrukcja przypominająca nietoperza, prowadzona przez lekki silnik parowy własnego wynalazku, z czterema cylindrami o mocy 20 koni mechanicznych (15  kW ), napędzający czterołopatowe śmigło . Silnik ważył nie więcej niż 4 kilogramy na kilowat (6,6 funta/KM). Skrzydła miały rozpiętość 14 m (46 stóp). Całkowita waga wynosiła 300 kilogramów (660 funtów). 9 października 1890 Ader próbował latać na Éole . Historycy lotnictwa przypisują temu wysiłkowi start z napędem i niekontrolowany skok na około 50 m (160 stóp) na wysokość około 200 mm (7,9 cala). Nie udokumentowano, że dwie kolejne maszyny Adera wykonały lot.

Loty amerykańskich braci Wright w 1903 roku zostały uznane przez Fédération Aéronautique Internationale (FAI), organ wyznaczający standardy i rekordy w aeronautyce , jako „pierwszy trwały i kontrolowany lot z napędem cięższym od powietrza”. W 1905 roku Wright Flyer III był zdolny do w pełni kontrolowanego, stabilnego lotu przez dłuższy czas. Bracia Wright uznali Otto Lilienthala za główną inspirację do podjęcia decyzji o lotach załogowych.

Santos-Dumont 14-bis , w latach 1906-1907

W 1906 roku brazylijski Alberto Santos-Dumont wykonał rzekomo pierwszy lot samolotu bez pomocy katapulty i ustanowił pierwszy rekord świata uznany przez Aéro-Club de France , przelatując 220 metrów (720 stóp) w czasie krótszym niż 22 sekundy. Lot ten był również certyfikowany przez FAI.

Wczesnym projektem samolotu, który połączył nowoczesną konfigurację jednopłatowego ciągnika, był projekt Blériot VIII z 1908 roku. Posiadał ruchome powierzchnie ogona kontrolujące zarówno odchylenie, jak i pochylenie, formę kontroli przechyłu zapewnianą przez wygięcie skrzydeł lub przez lotki i kontrolowaną przez pilota za pomocą joystick i ster bar. Był to ważny poprzednik jego późniejszego samolotu Blériot XI przelatującego przez kanał La Manche z lata 1909 roku.

I wojna światowa służyła jako poligon doświadczalny dla użycia samolotu jako broni. Samoloty zademonstrowały swój potencjał jako mobilne platformy obserwacyjne, a następnie okazały się być maszynami wojennymi zdolnymi do zadawania wrogowi ofiar. Najwcześniejsze znane zwycięstwo powietrzne ze zsynchronizowanym myśliwcem uzbrojonym w karabiny maszynowe miało miejsce w 1915 roku, przez niemieckiego porucznika Luftstreitkräfte Kurta Wintgensa . Pojawiły się asy myśliwców ; największym (pod względem liczby zwycięstw w walkach powietrznych) był Manfred von Richthofen .

Po I wojnie światowej technologia lotnicza nadal się rozwijała. Alcock i Brown po raz pierwszy przekroczyli Atlantyk non-stop w 1919 roku. Pierwsze międzynarodowe loty komercyjne odbyły się między Stanami Zjednoczonymi a Kanadą w 1919 roku.

Samoloty brały udział we wszystkich ważniejszych bitwach II wojny światowej . Były one istotnym elementem strategii wojskowych tego okresu, takich jak niemiecki Blitzkrieg , Bitwa o Anglię oraz kampanie amerykańskich i japońskich lotniskowców w czasie wojny na Pacyfiku .

Rozwój samolotów odrzutowych

Pierwszym praktycznym samolotem odrzutowym był niemiecki Heinkel He 178 , który został przetestowany w 1939 roku. W 1943 roku do służby w niemieckiej Luftwaffe wszedł Messerschmitt Me 262 , pierwszy odrzutowy myśliwiec operacyjny . W październiku 1947 Bell X-1 był pierwszym samolotem, który przekroczył prędkość dźwięku.

Pierwszy odrzutowy samolot pasażerski , de Havilland Comet , został wprowadzony na rynek w 1952 roku. Boeing 707 , pierwszy komercyjny odrzutowiec, który odniósł ogromny sukces, był w służbie komercyjnej przez ponad 50 lat, od 1958 do 2010 roku. Boeing 747 był największym samolotem pasażerskim na świecie od 1970 r., aż do 2005 r. prześcignął go Airbus A380 .

Napęd

Śmigło

Śmigło samolotu , lub śmigło , zamienia ruch obrotowy z silnika lub innego źródła zasilania, do strumienia przepływającego wirującego śmigła, które popycha do przodu lub do tyłu. Zawiera obracającą się napędzaną mechanicznie piastę, do której przymocowanych jest kilka promieniowych łopatek o przekroju profilu aerodynamicznego tak, że cały zespół obraca się wokół osi podłużnej. Trzy typy silników lotniczych stosowanych do napędzania śmigieł obejmują silniki tłokowe (lub silniki tłokowe), silniki z turbiną gazową i silniki elektryczne . Wielkość ciągu, jaką wytwarza śmigło, zależy od obszaru jego tarczy — obszaru, w którym obracają się łopaty. Jeśli obszar jest zbyt mały, wydajność jest słaba, a jeśli obszar jest duży, śmigło musi obracać się z bardzo małą prędkością, aby uniknąć prędkości naddźwiękowej i generowania dużego hałasu i niewielkiego ciągu. Z powodu tego ograniczenia śmigła są preferowane w samolotach poruszających się z prędkością poniżej 0,6 Macha , podczas gdy odrzutowce są lepszym wyborem powyżej tej prędkości.

Silnik tłokowy

Silników tłokowych w samolocie trzy główne warianty, promieniowe , in-line i płaski lub poziomo przeciwieństwie silnika . Silnik promieniowy jest konfiguracją silnika spalinowego typu posuwisto-zwrotnego, w której cylindry „promieniują” na zewnątrz z centralnej skrzyni korbowej, jak szprychy koła, i był powszechnie stosowany w silnikach lotniczych, zanim dominowały silniki z turbiną gazową. Silnik rzędowy to silnik tłokowy z rzędami cylindrów, jeden za drugim, a nie rzędami cylindrów, przy czym każdy rząd ma dowolną liczbę cylindrów, ale rzadko więcej niż sześć, i może być chłodzony wodą. Silnik płaski to silnik spalinowy z cylindrami przeciwstawnymi poziomo.

Turbina gazowa

Silnik turbośmigłowy z turbiną gazową składa się z wlotu, sprężarki, komory spalania, turbiny i dyszy napędowej, które dostarczają moc z wału przez przekładnię redukcyjną do śruby napędowej. Dysza napędowa zapewnia stosunkowo niewielką część ciągu generowanego przez turbośmigłowy.

Silnik elektryczny

Solar Impulse 1 , samolot zasilany energią słoneczną z silnikami elektrycznymi.

Elektryczny samolot działa na silnikach elektrycznych zamiast silnikami spalinowymi , z energii elektrycznej pochodzi z ogniw paliwowych , ogniw słonecznych , ultracapacitors , Beaming zasilania lub baterii . Obecnie latające samoloty elektryczne to w większości eksperymentalne prototypy, w tym załogowe i bezzałogowe statki powietrzne , ale na rynku jest już kilka modeli produkcyjnych.

Strumień

Concorde naddźwiękowy samolot transportowy

Samoloty odrzutowe są napędzane silnikami odrzutowymi , które są stosowane, ponieważ ograniczenia aerodynamiczne śmigieł nie dotyczą napędu odrzutowego. Silniki te są znacznie mocniejsze niż silniki tłokowe dla danego rozmiaru lub wagi, są stosunkowo ciche i działają dobrze na większych wysokościach. Warianty silnika odrzutowego obejmują strumień strumieniowy i scramjet , które opierają się na dużej prędkości powietrza i geometrii wlotu do sprężania powietrza do spalania przed wprowadzeniem i zapłonem paliwa. Silniki rakietowe zapewniają ciąg poprzez spalanie paliwa za pomocą utleniacza i wyrzucanie gazu przez dyszę.

Turbofan

Większość nowoczesnych samolotów odrzutowych wykorzystuje turbowentylatorowe silniki odrzutowe, które równoważą zalety śmigła, zachowując jednocześnie prędkość spalin i moc odrzutowca. Jest to zasadniczo śmigło kanałowe przymocowane do silnika odrzutowego, podobnie jak turbośmigłowy, ale o mniejszej średnicy. Po zainstalowaniu na samolocie jest wydajny, o ile pozostaje poniżej prędkości dźwięku (lub poddźwiękowej). Myśliwce odrzutowe i inne samoloty naddźwiękowe , które nie spędzają dużo czasu naddźwiękowo, również często używają turbowentylatorów, ale do działania potrzebne są kanały wlotu powietrza, aby spowolnić powietrze, tak aby po dotarciu do przodu turbowentylatora było poddźwiękowe . Po przejściu przez silnik jest ponownie przyspieszany do prędkości ponaddźwiękowych. Aby jeszcze bardziej zwiększyć moc wyjściową, paliwo jest wrzucane do strumienia spalin, gdzie ulega zapłonowi. Nazywa się to dopalaczem i jest używane zarówno w samolocie odrzutowym, jak i turboodrzutowym , chociaż zwykle jest używane tylko w samolotach bojowych ze względu na ilość zużywanego paliwa, a nawet wtedy może być używane tylko przez krótki czas. Samoloty naddźwiękowe (np. Concorde ) nie są już używane, głównie dlatego, że lot z prędkością naddźwiękową powoduje wybuch dźwiękowy , który jest zabroniony w najbardziej zaludnionych obszarach, a także ze względu na znacznie wyższe zużycie paliwa, które jest wymagane przy lotach naddźwiękowych.

Samoloty odrzutowe posiadają wysokie prędkości przelotowe (700–900 km/h lub 430–560 mph) oraz wysokie prędkości startu i lądowania (150–250 km/h lub 93–155 mph). Ze względu na prędkość niezbędną do startu i lądowania samoloty odrzutowe wykorzystują klapy i urządzenia krawędzi natarcia do kontrolowania siły nośnej i prędkości. Wiele samolotów odrzutowych korzysta również z odwracacza ciągu, aby spowolnić samolot podczas lądowania.

Ramjet

Koncepcja artysty X-43A z scramjetem przymocowanym od spodu

Strumień strumieniowy to forma silnika odrzutowego, która nie zawiera żadnych głównych ruchomych części i może być szczególnie przydatna w zastosowaniach wymagających małego i prostego silnika do użytku z dużą prędkością, na przykład w przypadku pocisków. Silniki strumieniowe wymagają ruchu do przodu, zanim będą mogły wygenerować ciąg, dlatego są często używane w połączeniu z innymi formami napędu lub z zewnętrznymi środkami pozwalającymi osiągnąć wystarczającą prędkość. Lockheed D-21 był Macha 3+ Silniki strumieniowe zasilany rozpoznawczy drona, który został uruchomiony z samolotu macierzystego . Siłownik strumieniowy wykorzystuje ruch pojazdu do przodu, aby przetłaczać powietrze przez silnik bez uciekania się do turbin lub łopatek. Paliwo jest dodawane i zapalane, które ogrzewa i rozszerza powietrze, zapewniając ciąg.

Scramjet

Scramjet to naddźwiękowy strumień strumieniowy i poza różnicami w radzeniu sobie z wewnętrznym naddźwiękowym przepływem powietrza działa jak konwencjonalny strumień strumieniowy. Ten typ silnika wymaga do pracy bardzo dużej prędkości początkowej. X-43 eksperymentalny bezzałogowy naddźwiękowe ustawić płytę prędkości świecie w 2004 roku dla samolotów napędzanych z prędkością 9,7 Mach prawie 12100 km na godzinę (7500 mph).

Rakieta

Bell X-1 w locie, 1947

W czasie II wojny światowej Niemcy rozmieścili samoloty rakietowe Me 163 Komet . Pierwszym samolotem, który przełamał barierę dźwięku w locie poziomym był samolot rakietowy – Bell X-1 . Późniejszy północnoamerykański X-15 pobił wiele rekordów prędkości i wysokości oraz położył podwaliny pod późniejsze projekty samolotów i statków kosmicznych. Samoloty rakietowe nie są dziś powszechnie używane, chociaż w przypadku niektórych samolotów wojskowych stosowane są starty wspomagane rakietami . Najnowsze samoloty rakietowe obejmują SpaceShipTwo i te opracowane dla Rocket Racing League .

Istnieje wiele samolotów/statków kosmicznych z napędem rakietowym, samolotów kosmicznych , które są zaprojektowane do latania poza ziemską atmosferą.

Projektowanie i produkcja

SR-71 w Lockheed Skunk Works
Linia montażowa SR-71 Blackbird w Skunk Works , Lockheed Martin ’s Advanced Development Programs (ADP).

Większość samolotów jest konstruowana przez firmy w celu ich masowej produkcji dla klientów. Proces projektowania i planowania, w tym testy bezpieczeństwa, może trwać do czterech lat w przypadku małych turbośmigłowych lub dłużej w przypadku większych samolotów.

Podczas tego procesu ustalane są cele i specyfikacje konstrukcyjne samolotu. Najpierw firma budowlana wykorzystuje rysunki i równania, symulacje, testy w tunelu aerodynamicznym i doświadczenie do przewidywania zachowania samolotu. Komputery są wykorzystywane przez firmy do rysowania, planowania i wykonywania wstępnych symulacji samolotu. Małe modele i makiety wszystkich lub niektórych części samolotu są następnie testowane w tunelach aerodynamicznych w celu sprawdzenia jego aerodynamiki.

Po przejściu projektu przez te procesy firma konstruuje ograniczoną liczbę prototypów do testów w terenie. Przedstawiciele agencji zarządzającej lotnictwem często wykonują pierwszy lot. Testy w locie trwają do momentu spełnienia przez samolot wszystkich wymagań. Następnie rządząca publiczna agencja lotnictwa w kraju upoważnia firmę do rozpoczęcia produkcji.

W Stanach Zjednoczonych agencją tą jest Federalna Administracja Lotnictwa (FAA), aw Unii Europejskiej Europejska Agencja Bezpieczeństwa Lotniczego (EASA). W Kanadzie agencją publiczną odpowiedzialną i zezwalającą na masową produkcję samolotów jest Transport Canada .

Gdy część lub komponent musi być połączony ze sobą przez spawanie do praktycznie każdego zastosowania w przemyśle lotniczym lub obronnym, musi on spełniać najbardziej rygorystyczne i szczegółowe przepisy i normy bezpieczeństwa. Nadcap , czyli Krajowy Program Akredytacji Wykonawców Aeronautyki i Obrony, określa globalne wymagania dotyczące jakości, zarządzania jakością i zapewnienia jakości w inżynierii lotniczej i kosmicznej.

W przypadku sprzedaży międzynarodowej niezbędna jest również licencja z publicznej agencji lotniczej lub transportowej kraju, w którym samolot ma być eksploatowany. Na przykład samoloty wyprodukowane przez europejską firmę Airbus muszą być certyfikowane przez FAA, aby mogły latać w Stanach Zjednoczonych, a samoloty wyprodukowane przez amerykańskiego Boeinga muszą być zatwierdzone przez EASA, aby mogły latać w Unii Europejskiej.

Przepisy doprowadziły do ​​zmniejszenia hałasu silników lotniczych w odpowiedzi na zwiększone zanieczyszczenie hałasem spowodowane wzrostem ruchu lotniczego nad obszarami miejskimi w pobliżu lotnisk.

Małe samoloty mogą być projektowane i konstruowane przez amatorów jako konstrukcje domowe. Inne samoloty zbudowane w domu można zmontować za pomocą gotowych zestawów części, które można złożyć w podstawowy samolot i które następnie muszą zostać ukończone przez konstruktora.

Niewiele firm produkuje samoloty na dużą skalę. Jednak produkcja samolotu dla jednej firmy to proces, który w rzeczywistości angażuje dziesiątki, a nawet setki innych firm i zakładów, które produkują części, które trafiają do samolotu. Na przykład jedna firma może być odpowiedzialna za produkcję podwozia, a inna za radar. Produkcja takich części nie ogranicza się do tego samego miasta lub kraju; w przypadku dużych firm produkujących samoloty takie części mogą pochodzić z całego świata.

Części trafiają do głównego zakładu firmy lotniczej, gdzie znajduje się linia produkcyjna. W przypadku dużych samolotów mogą istnieć linie produkcyjne dedykowane do montażu niektórych części samolotu, zwłaszcza skrzydeł i kadłuba.

Po ukończeniu samolot jest rygorystycznie sprawdzany pod kątem niedoskonałości i defektów. Po zatwierdzeniu przez inspektorów samolot przechodzi serię testów w locie, aby upewnić się, że wszystkie systemy działają poprawnie i że samolot obsługuje się prawidłowo. Po przejściu tych testów samolot jest gotowy do „końcowych poprawek” (konfiguracja wewnętrzna, malowanie itp.), a następnie jest gotowy do odbioru przez klienta.

Charakterystyka

Płatowiec

Części konstrukcyjne samolotu o stałym skrzydle nazywane są płatowcem. Obecne części mogą się różnić w zależności od typu i przeznaczenia samolotu. Wczesne typy były zwykle wykonane z drewna z powierzchniami skrzydeł z tkaniny. Kiedy silniki stały się dostępne do latania z napędem około sto lat temu, ich mocowania były wykonane z metalu. Następnie, wraz ze wzrostem prędkości, coraz więcej części stawało się metalem, aż do końca II wojny światowej całkowicie metalowe samoloty stały się powszechne. W czasach współczesnych coraz częściej stosuje się materiały kompozytowe .

Typowe części konstrukcyjne to:

  • Jedno lub więcej dużych poziomych skrzydeł , często o kształcie przekroju poprzecznego płata . Skrzydło odchyla powietrze w dół, gdy samolot porusza się do przodu, wytwarzając siłę nośną, która wspiera go w locie. Skrzydło zapewnia również stabilność w przechyleniu, aby powstrzymać samolot przed toczeniem się w lewo lub w prawo podczas stałego lotu.
An-225 Mrija , które mogą przenosić dane właściwe 250 ton, posiada dwie pionowe środki stabilizujące.
  • Kadłuba , długą, cienką, zazwyczaj stożkowymi lub zaokrąglonych końcach, aby jego kształt aerodynamiczny gładkich. Kadłub łączy się z innymi częściami płatowca i zwykle zawiera ważne elementy, takie jak pilot, ładunek i systemy lotu.
  • Pionowy stabilizator lub żebro jest pionowe skrzydło jak powierzchnia zamontowany w tylnej płaszczyzny i zazwyczaj wystaje ponad nią. Płetwa stabilizuje odchylenie samolotu (skręt w lewo lub w prawo) i montuje ster , który steruje jego obrotem wzdłuż tej osi.
  • Poziomy stabilizator lub statecznika poziomego , zazwyczaj montowana na ogonie w pobliżu stabilizatora pionowej. Stabilizator poziomej służy do stabilizacji samolotu skoku (odchylenia w górę lub w dół) i montuje windy , które zapewniają kontrolę nachylenia.
  • Podwozie , zestaw kół, płozy lub pływaków, które podpierają samolot, gdy znajduje się on na powierzchni. W hydroplanach spód kadłuba lub pływaki (pontony) podpierają go na wodzie. W niektórych samolotach podwozie chowa się podczas lotu, aby zmniejszyć opór.

Skrzydełka

Skrzydła samolotu ze stałym skrzydłem to statyczne samoloty rozciągające się po obu stronach samolotu. Kiedy samolot porusza się do przodu, powietrze przepływa przez skrzydła, które są ukształtowane tak, aby uzyskać siłę nośną. Ten kształt nazywa się płatem i ma kształt skrzydła ptaka.

Struktura skrzydła

Samoloty mają elastyczne powierzchnie skrzydeł, które są rozciągnięte na ramie i usztywnione przez siły nośne wywierane przez przepływ powietrza nad nimi. Większe samoloty mają sztywne powierzchnie skrzydeł, które zapewniają dodatkową wytrzymałość.

Niezależnie od tego, czy są elastyczne, czy sztywne, większość skrzydeł ma mocną ramę, która nadaje im kształt i przenosi siłę nośną z powierzchni skrzydła na resztę samolotu. Główne elementy konstrukcyjne to jeden lub więcej drzewc biegnących od nasady do czubka oraz wiele żeber biegnących od krawędzi natarcia (przód) do krawędzi spływu (tył).

Wczesne silniki samolotowe miały niewielką moc, a lekkość była bardzo ważna. Ponadto wczesne sekcje płata były bardzo cienkie i nie mogły mieć zainstalowanej mocnej ramy. Tak więc do lat 30. większość skrzydeł była zbyt lekka, aby mieć wystarczającą wytrzymałość i dodano zewnętrzne rozpórki i druty. Kiedy dostępna moc silnika wzrosła w latach 20. i 30. XX wieku, skrzydła mogły stać się wystarczająco ciężkie i mocne, aby nie było już potrzeby stosowania usztywnień. Ten rodzaj skrzydła nieusztywnionego nazywamy skrzydłem wspornikowym.

Konfiguracja skrzydła

Przechwycony jednopłatowiec Morane-Saulnier L z parasolem usztywnianym drutem

Liczba i kształt skrzydeł różni się znacznie w różnych typach. Dany samolot skrzydłowy może mieć pełną rozpiętość lub być podzielony przez kadłub centralny na skrzydła lewe (lewe) i prawe (prawe). Od czasu do czasu używano jeszcze więcej skrzydeł, a trójskrzydłowy trójpłatowiec zyskał pewną sławę podczas I wojny światowej. Czteroskrzydłowy czteropłatowiec i inne konstrukcje wielopłatowe odniosły niewielki sukces.

Monoplan ma jeden skrzydła samolotu, A biplanu ma dwie ułożone jedna na drugiej, skrzydło tandemowy ma dwie, umieszczone jedna za drugą. Kiedy dostępna moc silnika wzrosła w latach 20. i 30. XX wieku i usztywnienie nie było już potrzebne, najpopularniejszym typem samolotu z napędem stał się jednopłat nieusztywniony lub samonośny.

Skrzydło obrys ma kształt widziany z góry. Aby było aerodynamicznie efektywne, skrzydło powinno być proste o dużej rozpiętości na boki, ale mieć krótką cięciwę (wysoki współczynnik kształtu ). Jednak aby skrzydło było wydajne konstrukcyjnie, a co za tym idzie lekkie, skrzydło musi mieć małą rozpiętość, ale wciąż wystarczającą powierzchnię, aby zapewnić siłę nośną (niski wydłużenie).

Przy prędkościach transsonicznych (zbliżonych do prędkości dźwięku ) pomaga przesunąć skrzydło do tyłu lub do przodu, aby zmniejszyć opór powodowany przez naddźwiękowe fale uderzeniowe, gdy zaczynają się one formować. Przetoczyła skrzydło jest tylko prosto skrzydło przetoczyła przodu lub do tyłu.

Dwa prototypy Dassault Mirage G , jeden z uniesionymi skrzydłami

Skrzydło delta ma kształt trójkąta, który można stosować z kilku powodów. Jako elastyczne skrzydło Rogallo zapewnia stabilny kształt pod działaniem sił aerodynamicznych i dlatego jest często używane w samolotach ultralekkich, a nawet latawcach . Jako skrzydło naddźwiękowe łączy wysoką wytrzymałość z małym oporem, dlatego jest często używany do szybkich odrzutowców.

Skrzydło o zmiennej geometrii można zmienić w locie na inny kształt. Na skrzydło o zmiennej geometrii transformacje pomiędzy efektywnego prostej konfiguracji do startu i lądowania, do niskiego oporu przetoczyła konfigurację za szybki lot. Latano także w innych formach o zmiennym planie, ale żadna nie wyszła poza fazę badawczą.

Kadłub samolotu

Kadłub jest długi i cienki korpus, zazwyczaj stożkowymi lub zaokrąglonych końcach, aby jego kształt aerodynamiczny gładkich. Kadłub może zawierać załogę , pasażerów, ładunek lub ładunek , paliwo i silniki. Piloci załogowych statków powietrznych operują nimi z kokpitu znajdującego się z przodu lub na górze kadłuba i wyposażonego w elementy sterujące oraz zazwyczaj okna i przyrządy. Samolot może mieć więcej niż jeden kadłub lub może być wyposażony w wysięgniki z ogonem umieszczonym między wysięgnikami, aby skrajny tył kadłuba był przydatny do różnych celów.

Skrzydła kontra ciała

Latające skrzydło

Produkowany w USA B-2 Spirit to bombowiec strategiczny . Ma konfigurację latającego skrzydła i jest zdolny do misji międzykontynentalnych

Latające skrzydło to samolot bez ogona, który nie ma określonego kadłuba . Większość załogi, ładowności i wyposażenia znajduje się wewnątrz głównej konstrukcji skrzydła.

Konfiguracja latających skrzydeł była intensywnie badana w latach 30. i 40. XX wieku, zwłaszcza przez Jacka Northropa i Chestona L. Eshelmana w Stanach Zjednoczonych oraz Alexandra Lippischa i braci Horten w Niemczech. Po wojnie kilka eksperymentalnych projektów opierało się na koncepcji latającego skrzydła, ale znane trudności pozostały nie do pokonania. Pewne ogólne zainteresowanie utrzymywało się do wczesnych lat pięćdziesiątych, ale projekty niekoniecznie oferowały dużą przewagę pod względem zasięgu i stwarzały kilka problemów technicznych, co doprowadziło do przyjęcia „konwencjonalnych” rozwiązań, takich jak Convair B-36 i B-52 Stratofortress . Ze względu na praktyczną potrzebę głębokiego skrzydła, koncepcja latającego skrzydła jest najbardziej praktyczna w przypadku projektów w zakresie od niskich do średnich prędkości i istnieje ciągłe zainteresowanie wykorzystaniem jej jako projektu taktycznego samolotu transportowego .

Zainteresowanie latającymi skrzydłami odnowiło się w latach 80. ze względu na ich potencjalnie niskie przekroje odbicia radarowego . Technologia Stealth opiera się na kształtach, które odbijają fale radarowe tylko w określonych kierunkach, co sprawia, że ​​samolot jest trudny do wykrycia, chyba że odbiornik radarowy znajduje się w określonej pozycji względem samolotu – pozycja ta zmienia się w sposób ciągły wraz z ruchem samolotu. To podejście ostatecznie doprowadziło do powstania bombowca stealth Northrop B-2 Spirit . W tym przypadku zalety aerodynamiczne latającego skrzydła nie są podstawowymi potrzebami. Jednak nowoczesne, sterowane komputerowo systemy fly-by-wire pozwoliły na zminimalizowanie wielu wad aerodynamicznych latającego skrzydła, tworząc wydajny i stabilny bombowiec dalekiego zasięgu.

Mieszany korpus skrzydła

Generowany komputerowo model Boeinga X-48

Samoloty z mieszanymi skrzydłami mają spłaszczony korpus w kształcie płata, który wytwarza większość siły nośnej, aby utrzymać się w powietrzu, oraz wyraźne i oddzielne struktury skrzydeł, chociaż skrzydła są gładko wtopione w nadwozie.

W ten sposób samoloty o mieszanych skrzydłach zawierają cechy konstrukcyjne zarówno futurystycznego kadłuba, jak i konstrukcji latającego skrzydła. Rzekome zalety podejścia z mieszanym korpusem skrzydła to wydajne skrzydła o wysokim udźwigu i szeroki korpus w kształcie płata . Dzięki temu cała jednostka może przyczynić się do generowania dźwigów w wyniku potencjalnie zwiększonej oszczędności paliwa.

Podnoszenie ciała

Martin Aircraft Company X-24 został zbudowany w ramach eksperymentalnego programu wojskowego USA w latach 1963-1975.

Korpus podnoszący to konfiguracja, w której samo ciało wytwarza siłę nośną . W przeciwieństwie do latającego skrzydła , które jest skrzydłem z minimalnym lub żadnym konwencjonalnym kadłubem , ciało podnoszące może być traktowane jako kadłub z niewielkim lub żadnym konwencjonalnym skrzydłem. Podczas gdy latające skrzydło dąży do maksymalizacji wydajności przelotowej przy prędkościach poddźwiękowych , eliminując powierzchnie niepodnoszące się do góry, ciała podnoszące na ogół minimalizują opór i strukturę skrzydła podczas lotu poddźwiękowego, naddźwiękowego i naddźwiękowego lub ponownego wejścia statku kosmicznego . Wszystkie te reżimy lotu stanowią wyzwanie dla właściwej stabilności lotu. Ciała podnoszące były głównym obszarem badań w latach 60. i 70. jako środek do budowy małego i lekkiego załogowego statku kosmicznego. Stany Zjednoczone zbudowały kilka słynnych samolotów rakietowych z podnoszącym kadłubem, aby przetestować koncepcję, a także kilka wystrzeliwanych rakietami pojazdów do ponownego wejścia, które przetestowano nad Pacyfikiem. Zainteresowanie osłabło, gdy amerykańskie siły powietrzne straciły zainteresowanie misją załogową, a główny rozwój zakończył się podczas procesu projektowania promu kosmicznego, kiedy stało się jasne, że wysoce ukształtowane kadłuby utrudniają dopasowanie zbiornika paliwa.

Empennage i przedni samolot

Canards na Saab Viggen

Klasyczne skrzydło o przekroju płata jest niestabilne w locie i trudne do kontrolowania. Typy z elastycznymi skrzydłami często opierają się na lince kotwicznej lub ciężarze pilota wiszącego pod nimi, aby utrzymać prawidłową pozycję. Niektóre typy latające swobodnie wykorzystują dostosowany profil, który jest stabilny, lub inne pomysłowe mechanizmy, w tym ostatnio sztuczną stabilność elektroniczną.

Aby osiągnąć stabilność i kontrolę, większość typów stałopłatów posiada usterzenie ogonowe składające się z płetwy i steru, które działają poziomo oraz statecznika i steru wysokości, które działają pionowo. Te powierzchnie sterowe mogą być zazwyczaj przycinane w celu odciążenia sił sterujących na różnych etapach lotu. Jest to tak powszechne, że znane jest jako układ konwencjonalny. Czasami mogą być dwie lub więcej płetw, rozmieszczonych wzdłuż statecznika.

Niektóre typy mają poziomą „ canard ” foreplane przed głównym skrzydle, a nie za nim. Przedni samolot może przyczyniać się do wznoszenia, trymu lub sterowania statkiem powietrznym, lub do kilku z nich.

Kontrole i instrumenty

Kokpit lekkiego samolotu ( Robin DR400/500)

Samoloty posiadają złożone systemy kontroli lotu . Główne elementy sterujące pozwalają pilotowi kierować samolotem w powietrzu, kontrolując położenie (przechylenie, pochylenie i odchylenie) oraz ciąg silnika.

W załogowych statkach powietrznych przyrządy w kokpicie dostarczają pilotom informacji, w tym danych o locie , mocy silnika , nawigacji, łączności i innych systemów samolotu, które mogą być zainstalowane.

Bezpieczeństwo

Kiedy ryzyko mierzy się liczbą zgonów na pasażerokilometr, podróż samolotem jest około 10 razy bezpieczniejsza niż podróż autobusem lub koleją. Jednak korzystając ze statystyk zgonów na podróż, podróż samolotem jest znacznie bardziej niebezpieczna niż podróż samochodem, koleją lub autobusem. Z tego powodu ubezpieczenie podróży lotniczych jest stosunkowo drogie — ubezpieczyciele zazwyczaj korzystają ze statystyk zgonów na podróż. Istnieje znacząca różnica między bezpieczeństwem samolotów pasażerskich a mniejszymi samolotami prywatnymi, przy czym statystyki na milę wskazują, że samoloty są 8,3 razy bezpieczniejsze niż mniejsze samoloty.

Wpływ środowiska

Smugi pary wodnej pozostawione przez samoloty odrzutowe na dużych wysokościach . Mogą one przyczynić się do tworzenia chmur cirrus .

Podobnie jak w przypadku wszystkich czynności związanych ze spalaniem , samoloty napędzane paliwami kopalnymi uwalniają do atmosfery sadzę i inne zanieczyszczenia. Wytwarzane są również gazy cieplarniane, takie jak dwutlenek węgla (CO 2 ). Ponadto istnieją wpływy na środowisko charakterystyczne dla samolotów: na przykład

  • Samoloty operujące na dużych wysokościach w pobliżu tropopauzy (głównie samoloty z dużymi odrzutowcami ) emitują aerozole i pozostawiają smugi kondensacyjne , które mogą zwiększać formowanie się chmur cirrus – zachmurzenie mogło wzrosnąć nawet o 0,2% od narodzin lotnictwa.
  • Samoloty operujące na dużych wysokościach w pobliżu tropopauzy mogą również uwalniać substancje chemiczne, które wchodzą w interakcje z gazami cieplarnianymi na tych wysokościach, w szczególności związki azotu , które oddziałują z ozonem, zwiększając stężenie ozonu.
  • Większość lekkich samolotów tłokowych spala średniogaz , który zawiera tetraetyloołów (TEL). Niektóre silniki tłokowe o niższym sprężaniu mogą działać na bezołowiowych silnikach mogas i turbinach, a silniki Diesla – z których żaden nie wymaga ołowiu – są stosowane w niektórych nowszych lekkich samolotach . Niektóre lekkie samoloty elektryczne, które nie zanieczyszczają środowiska, są już w produkcji.

Innym wpływem samolotów na środowisko jest zanieczyszczenie hałasem , spowodowane głównie startami i lądowaniami samolotów.

Zobacz też

Bibliografia

Bibliografia

  • Blatner, David. Latająca książka: wszystko, co kiedykolwiek zastanawiałeś się nad lataniem samolotami . ISBN  0-8027-7691-4

Zewnętrzne linki