Реферат: Самолеты с изменяемой геометрией и стреловидностью крыльев

«Конструктивнаясложность  крыла  с   изменяемой   стреловидностью препятствует его широкому применению»,-констатировали в 1955 году авторы английского справочника «Реактивныесамолеты мира».  Тем не менее   уже   тогда,   повозившись  с  " сырыми",  несовершенными конструкциями,   авиастроители  убедились:  применение           крыла, стреловидность которого меняется в зависимости отскорости полета, позволяет на треть увеличить радиус действия машины и на четверть снизить   ее   посадочную   скорость.  Строго  говоря,  изменяемая геометрия, в широком смысле этого слова,  не такая уж  новинка  в авиации.  Убирающееся шасси,  воздушный  винт  изменяемого  шага, всевозможные средства посадочноймеханизации — действие каждого из

этих устройств  связано  с  изменением  конфигурации летательного аппарата.  Да  и сам  принцип  управления  самолетом  основан  на отклонении  рулевых поверхностей  крыла или оперения.  Еще братья Райт заставляли по- ѕ виноватьсясвой аэроплан, перекашивая концевые части плоскостей… Трудно создать машину,лишенную обычных «недугов» опытного самолета. Выпуск закрылков можетвызвать резкую перебалансировку аппарата, затруднить пилотирование,недостаточная жесткость крыла — всевозможные вибрации и как следствие — дажеразрушение конструкции. Случалось, прочное, но чересчур " гибкое"стреловидное крыло так скручивалось при отклонении элеронов, что действовалиони «наоборот», накреняли самолет вопреки действиям пилота в обратнуюсторону...

Словом, даже традиционные методы изменениягеометрии самолета таят в себе много сюрпризов. Проблем куда больше, еслипосягают на статичность самого крыла: изменяют в полете его размах,стреловидность, вовсе убирают, скажем, одно из крыльев биплана. С трудностямине справился французский конструктор Махонин, построивший в начале 30-х годовсамолет с телескопически раздвигающимся крылом. Механизм не был даже проверен вполете.

Самолеты с переменной геометрией удалосьпостроить советскому авиаконструктору и летчику В. Шевченко. Вот что написал вотчете об испытании монобиплана Шевченко летчик-испытатель Г. Шиянов: "Самолет в течение всего процесса уборки сохраняет устойчивый полет и не требуетдополнительной работы рулями. Вибраций, срывов и других ненормальных явлений ненаблюдается. Уборка происходит в течение 6-7 с. По ощущениям летчика процессуборки и выпуска крыльев может быть уподоблен уборке и выпуску шасси обычноймашины ".

К 1946 году, создав немало летавшихобразцов и проектов монобипланов, Шевченко вплотную подходит к идее самолета сизменяемой стреловидностью крыла и разрабатывает, видимо, первый в мире проекттакой машины. Почему же,   «обжегшись»   на   первых летавших образцах,конструкторы продолжали заниматься переменной стреловидностью?… Давно минуливремена, когда соотношение максимальной  и  посадочной скоростей составлялотри-четыре.

Теперь как бы ни росла скорость самолетов, их колесане могут соприкасаться с землей при еще большей скорости — она и так ужеперевалила за 300 км/ч. Вот и выходит: с каждым шагом вперед скоростнойдиапазон увеличивается, а отношение предельных — максимальной и посадочной — скоростей подскочило до десяти. Стреловидные крылья вполне удовлетворяют своемуназначению в широком диапазоне — от околозвуковой до скорости, соответствующейудвоенной звуковой. А вот на малых скоростях стреловидность мешает. Такое крылопридает машине избыточную поперечную устойчивость, затрудняет выполнениепредпосадочных маневров. Несущие свойства плоскостей хуже, чем у прямого крыла:величину подъемной силы определяет не скорость набегающего потока, а еесоставляющая, направленная перпендикулярно передней кромке стреловидного крыла.Вдобавок при полете на больших углах атаки снижается эффективность средствмеханизации, что ухудшает взлетно-посадочные свойства машины. Между тем длясовременного самолета находится работа практически на всех скоростях и высотах.Проектировать же машину классическим методом компромиссов между противоречивымитребованиями становится все труднее и труднее. Конструкторы стараются избежатьобилия типов боевых машин, стремясь воплотить свойства каждой из них в одной,универсальной, многоцелевой. Подобный самолет должен на предельно малой высотесо сверхзвуковой скоростью проникать на территорию противника. Его жеприходится использовать для перехвата врага, летящего на предельной высоте. Неисключено, что многоцелевой машине придется сопровождать в дальнем рейсебомбардировщик.

Если решению одной из этих задач будетспособствовать крыло малой площади и большой стреловидности, то для другой,скажем, для полета на дальность, требования диаметрально противоположные.

Где же выход? Конечно, уже в схемемонобиплана. — Но сам принцип изменения геометрии главнейшего элементалетательной машины — крыла помог и на этот раз. На авиационном празднике вДомодедове (1967 г.) зрители видели, как над трибунами проносились советскиесамолеты с крылом переменной стреловидности. Плавно и быстро занимают крыльяположение, наиболее подходящее для поставленной боевой задачи.

Это непростая задача — заставить крыло влюбом положении выполнять свою основную функцию и не быть источникомразномастных колебаний. Конструкторам нужно было добиться, чтобы при переменеугла стреловидности машина не теряла устойчивости, была управляемой. Ведь малотого, что при этом перемещается масса, «гуляет» и точка приложенияаэродинамической нагрузки на несущую поверхность, фокус крыла, иначе влияютдруг на друга воздушные потоки на крыле, фюзеляже, хвостовом оперении. Аповоротный узел крыла — это целый комплекс проблем! Во-первых, узел долженбыть легким и компактным и при этом выдерживать колоссальные нагрузки и неиметь люфтов. Во-вторых, он должен обеспечить строгую синхронность отклоненияконсолей.

И все-таки всеважнейшие проблемы измерения стреловидности были успешно решены. Лучшее томусвидетельство — полеты таких машин в СССР, Франции, США. Но авиастроители идутдальше. На страницах авиационных журналов мелькают изображения самолетовследующего поколения. Судя по этим проектам, принцип изменяемой геометрииприменен не только к крыльям. В полете меняется конфигурация всего аппарата.

САМОЛЕТЫ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ ВЗЛЕТОМ И ПОСАДКОЙ

Стоит протянуть исторические связи, рассказываяи о другой,  тоже неновой идее — самолете с вертикальным

взлетоми посадкой.  Но не только потому,  что история  интересна, так  сказать,  сама по  себе.  Вертикально  взлетающие аппараты и самолеты с переменнойстреловидностью  крыла  --  попытка  разными средствами  решить  одну  и  гу же  проблему,  противоречия между скоростными и взлетно-посадочными режимами. И     если

конструкторы-«геометры»стремятся облегчить все-таки нормальные по-самолетному — взлет  и  посадку, то  «вертикальщики»  напрочь устранили и разбег и пробег.

Одно из решений проблемы точечного старта-- взлет с рампы. С мощным двигателем, с ракетными ускорителями, на форсажеистребитель пулей срывается со специального сооружения — рампы и, подпираемыйогромной тягой, идет ввысь. Так в конце 50-х годов стартовал на МиГ-19 Г.Шиянов. " Шиянов взлетал с отдаленной точки аэродрома,-- вспоминаетлетчик-испытатель И. Шелест,-- и зрелище это воспринималось в первую секундукак нечто сверхъестественное, как изгнание из пекла провинившегося сатаны.Будто разверзлась вдруг земля и с раскаленной магмой выплеснула некий черныйпредмет. Двумя секундами позже, опережая кромешный огонь и дым, сознаниевыявило в темном предмете самолет… Потом адский грохот резко обрывался. И тембеззвучней, грациозней казалось устремление розовогрудого МиГа навстречусолнцу, небу, жизни ". Однако машине, могущей так взлетать, не хватало" точечной" посадки. Садился МиГ, как обычно, с визгом покрышек обетонку, с выпущенными на максимальный угол закрылками, иногда с тормознымпарашютом.

Взлетал с рампы и американский "Супер Сейбр ". Двигатель (на форсаже) развивал тягу 7250 кг. Стартовыйускоритель — 59 тыс. кг! Уже через 4 с после отделения от рампы скоростьдостигала 440 км/ч.

Без рампы не мог ни стартовать, ниприземляться американский самолет вертикального взлета и посадки Райан Х-13.Оснастили машину мощным ТРД, тяга которого превышала взлетный вес Х-13. Вместес рампой машина принимала вертикальное положение, повисала на крюке, а стартуя,отсоединялась от него. Посадка требовала от пилота ювелирной работы: нужно былоплавно, увеличивая угол атаки, затормозить Х-13, перевести его изгоризонтального в вертикальное положение, зацепиться крюком за трос, подвестимашину к рампе и «состыковаться» с ней. На висении пилот манипулируетгазовыми рулями и, если кабина не оснащена поворотным креслом, находится в неслишком удобной позиции — ногами кверху.

Непросто было и управлять зависнувшимисамолетами. Порыв ветра, «собственная» выхлопная струя, отраженнаябетонкой,-- все это помешало Х-13 стать боевой машиной.

Строили в 50-х годах винтовые самолеты,обходившиеся без рампы, Конвер ХРУ-1 и Локхид ХРУ-1. Шасси располагалось: у" Конвера " на концах крестообразного стабилизатора, а у«Локхида» на концах треугольного крыла, верхнего и нижнего киля.Стартовали машины из положения «стоя на хвосте» и переходили затем в«нормальный» полет.

Подобно первым самолетам с переменнойстреловидностью, ранние вертикально взлетающие не стали основой нынешнихаппаратов такого типа, но помогли конструкторам осознать всю сложностьпроблемы, наметить круг еще не решенных задач. Важно было не просто найтиоптимальную схему СВВП (так коротко называют самолеты с вертикальным взлетом ипосадкой), а понять общие закономерности «висячего» полета, посадки сучетом влияния земли, управления без всяких аэродинамических рулей...

Для этих целей в нашей стране построилилетающий стенд «Турболет» — летающий ТРД со смонтированными на немкабиной, шасси, а самое главное — крестообразно расположенными штангамигазовых рулей. Летал на " Турболете " Ю. Гарнаев. Похожийэкспериментальный аппарат создала и английская фирма «Роллс-Ройс». Вотличие от нашего «Турболета », у которого двигатель располагалсявертикально, ТРД «англичанина» расположили «лежа»… Струюнаправляли вниз и в стороны специальными трубами — дефлекторами.Цельноповоротные двигатели, изменяющие свое положение в зависимости от режима-- взлета-посадки, разгона-торможения, крейсерского полета, ТРД с дефлекторами дляотклонения струи, комбинированные силовые установки, состоящие из независимыхдруг от друга маршевого и подъемных двигателей,-- СВВП таких схем построены введущих авиационных державах. Примерами самолетов с отклоняемой реактивнойструей могут служить советский СВВП, показанный в 1967 году на авиационномпразднике в Домодедове, и ХоукерСиддли «Хэрриер», несколько вариантовкоторого серийно выпускаются в Англии.

О перспективах вертикально взле тающейавиации еще в 1966 году журнал «Спейс энд эронотикс» (США) писал так:"… Двигатель с изменяемым направлением вектора тяги обеспечивает хорошиехарактеристики при взлете и операциях по перехвату, однако дальность полетатакого самолета мала. Небольшой дозвуковой самолет с турбовентиляторами,расположенными в крыле, имеет хорошие характеристики в полете у земли, однакодальность этой машины ограничена. В качестве двигателей для вертикальновзлетающего или с малой длиной разбега самолета… должны быть выбраны или ТВРД(турбовентиляторные реактивные двигатели), имеющие лучшие характеристики приполете у земли, или ТРД, по-видимому, более подходящие для полетов с большимичислами М на большой высоте. Одним из компромиссных решений является применениеТВРД с изменяемым направлением вектора тяги, с легкими подъемными двигателями;двигателями, определяющими размеры самолета, будут маршевые, а не подъемныедвигатели".

Новейший представительсемейства вертикально взлетающих — опытный многоцелевой самолет ХРУ-12А фирмы" Рокуэлл" (США). По схеме эта машина, предназначенная для базированияна авианосцах,-- " утка" с горизонтальным оперением в носовой частифюзеляжа. Вертикальное оперение на концах очень короткого треугольного крыла.Часть реактивной струи отводится от двигателя и выбрасывается вертикально внизчерез щели в крыле. В зависимости от мощности отведенного потока самолетстартует вертикально или пробегает перед отрывом около 90 м.

ВОЗДУШНЫЕ АВИАНОСЦЫ.

Второе рождение переживает сейчас ещеодна, быть может, самая давняя идея — воздушного авианосца, боевая комбинациядвух или нескольких летательных аппаратов. Еще в первую мировую войну англичанеиспытали так называемую " антицеппелинную" систему: дирижабльпатрулировал в ожидании германских цеппелинов-бомбовозов с подвешенным к немуистребителем. Если приближался враг, самолет отдалялся от оболочки и, отбиватаку, возвращался на авиаматку. В нашей стране успешно прошли испытания звеньяВ. Вахмистрова: большие самолеты, несшие на себе истребители И-4, И-5, И-16. Вначале Великой Отечественной войны несколько звеньев приняли участие в боевыхдействиях.

После войны               американцы  экспериментировали   с   комбинацией бомбардировщика В-29 и двух прямокрылыхистребителей Р-84.  Как бы эскортируя  "  Сверхкрепость ",  Р-84летели с ней крылом к крылу:

правая и  левая  консоли  В-29  были   сцеплены   с   плоскостями истребителей. Двигатели  Р-84 работали на умеренном,  экономичном режиме.  Из-за большогоудлинения  «составного»  крыла  повышалось аэродинамическое качество.При   необходимости   истребители отцеплялись и защищали своего лидера.

Как выяснилось много лет спустя, лучшиешансы на будущее оказались у другой комбинации: В-29 со специально построенным«бортовым» истребителем ХР-85 «Гоблин». При погрузкестреловидное крыло ХР-85 складывалось. Оперение компактное, из четырех плоскостей.По выражению авторов справочника «Реактивные самолеты мира»,истребитель ХР-85 фактически превратился в крылатый реактивный двигатель, накотором буквально верхом восседал летчик".

Летом 1948 года состоялось первоеотделение «бортового» истребителя от авиаматки. Опытныйлетчик-испытатель не смог причалить самолетик к носителю и, едва избежавгибели, приземлил машину с помощью аварийной посадочной лыжи. Трудности свозвращением ХР-85 на борт носителя разочаровали военных, экспериментыпрекратили. Но, как оказалось, до поры...

С конца 60-х — начала 70-х годов фирма«Локхид» занимается по заданию ВВС США разработкой военной комбинациисамолета-авианосца и телеуправляемых летательных аппаратов. Поставленная задача-- увеличить радиус действия легких, высокоманевренных боевых машин — совпадала с надеждой «Локхид» найти новую сферу применения для своеготранспортного самолета сверхбольшой вместимости С-5А. В 1971 году надкомбинацией стала работать фирма «Боинг» и получила в 1972 году отВВС тактико-техническое задание на проектирование воздушного авианосца длятелеуправляемых аппаратов: модифицированного

Боин г-747 и шести аппаратов самолетноготипа Райан ВОМ-34. Есть и вариант В-747 и 24 специально спроектированныхтелеуправляемых аппаратов. Внутри просторной средней части носителя,превращенной в ангар, самолеты будут находиться во время их транспортировки. Изчрева «Боинга» самолеты смогут стартовать через каждые четверть часа.С той же частотой посадка вернувшихся аппаратов. Стартом, посадкой и выполнениембоевого задания будут руководить операторы на борту авианосца. Помогать имдолжна система, состоящая из телевизионной установки вблизи посадочной трапециии компьютера.

Как предполагается, авианосецдоставит телеуправляемые самолеты к району боевых действий, но сам останется внедосягаемости для ПВО противника. Выполнив задание, снаряды возвращаются на«Боинг». Если цель очень далеко от базы и у «матки» нехватает топлива на всю операцию, то стартуют два самолета. Один несет телеуправляемыесамолеты, другой " под завязку " залит топливом. Первый выпускаетподопечных и сразу же возвращается.Второй же управляет самолетами, принимает их на борт и возвращает«домой»…

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Изменяемая стреловидность, вертикальныйвзлет и посадка, комбинация воздушного авианосца с телеуправляемыми самолетами,многие другие новинки не вытеснили из военной авиации обычные машины. Одна изпричин (помимо соображений, касающихся боевого применения самолетов)экономическая.

Мало того, что с прогрессом авиациилетательные аппараты становятся все сложнее в проектировании, испытаниях,производстве, они непрерывно дорожают. Вот лишь несколько цифр. Стоимостьистребителя СПАД времен первой мировой войны — 10 242 доллара.«Лайтнинга» выпуска 1932 года — 134 284, а " Сейбра "(1950 г.) — 218 460 долларов. «Фантом» (1962 г.) стоит уже более 2,а F-111 (1963 г.) — почти 6 миллионов! Изрядную лепту в стоимость новыхсамолетов вносит оборудование, которым насыщен любой современный истребитель,штурмовик или бомбардировщик.

Чрезвычайно удорожилась и подготовкапилотов. Десятилетие назад, по данным авторитетного журнала«Интеравиа» (Швейцария), полная стоимость подготовки летчикасверхзвукового истребителя " Лайтнинг" составляла 364 тысячидолларов. Сетовали американские военные на сложность обслуживания современныхистребителей-бомбардировщиков во время вьетнамской войны. По свидетельствужурнала «Интеравиа», «70% самолето-вылетов тактической авиациизатрачивается на удары и по наземным целям с малых высот в ходе непосредственнойподдержки сухопутных войск и изоляции района боевых действий ».Естественно, что боевые действия такого рода требуют быстрой реакции ВВС назапросы войск. Скоростные, но сложные машины, хотя и быстро добирались до цели,упускали момент из-за «холостого» простоя на аэродроме. Именно поэтой причине на задание по оперативной поддержке войск чаще, чем современныеF-105 «Тандерчиф» и F-4 «Фантом», стартовал устаревшийF-100 " Супер Сейбр". К боевому вылету его готовили гораздо быстрее.

Далеко не всегда современные сверхзвуковыесамолеты могут использовать и свои высотные данные. Действия в стратосфере, гдетактическая авиация неуязвима для зенитных ракет, мало чем помогают наземнымвойскам. Наиболее подходящие средние высоты опасны и требуют от самолетовхорошей маневренности, а от экипажей отличной летной выучки: ведь на потеряхпрямо сказывается время пребывания машин в зоне ПВО. Больше заходов на цель — выше вероятность поражения зенитным огнем. Из-за недостаточной маневренности20-тонный «Тандерчиф» не мог порой выполнить резкий противозенитныйманевр и, случалось, становился жертвой дозвуковых северовьетнамских МиГ-17...

Опыт агрессивной войны во Вьетнаме,военные события на Ближнем Востоке заставили западных стратегов не толькотрезво оценить возможности современной боевой авиации, но и соизмерятьсоблазнительные данные новейших самолетов с их стоимостью, простотойобслуживания, потребностью в хорошо оснащенных базах. Вот почему, заказываяпромышленности авиационную технику, армия, ПВО, другие заказчикируководствуются принципом «цель должна оправдывать средства». Иначеговоря, не надо требовать от современного самолета для авиаподдержки огромныхскоростей и потолка, от истребителяперехватчика — мощного бронирования, и отвертикально взлетающей машины — дальности действия бомбардировщика… "Для иллюстрации этого можно привести пример с американскими самолетами Р-14 иР-15,-- писал генеральный авиаконструктор А. Яковлев.-- Эти новейшиеуниверсальные истребители весят 18 — 20 т, их стоимость 10 — 12 млн. долларовза каждый, а ведь по своему назначению они должны быть массовыми самолетами.Очевидно, и сами американцы пришли к выводу о чрезмерной стоимости своихсамолетов. Поэтому в начале 70-х годов в США был объявлен конкурс на созданиеистребителя простой и недорогой конструкции с минимумом оборудования и взлетнымвесом не более 9 т. В результате в 1974 году появились истребители УР-16 иУР-17, полетный вес которых 8 — 9 т..."

«Следовательно, выбор системы, — заключает А. Яковлев, — должен быть строго обоснован технически, тактически иэкономически».

Особое внимание зарубежныеавиаконструкторы уделяют специальным самолетам для авиаподдержки наземныхвойск. Но вопреки, казалось бы, " вечному " стремлению авиаторовлетать быстрее, нынешние штурмовики лишь ненамного быстроходнее поршневыхветеранов второй мировой войны. Новейший Ферчалд А-1ОА, например, развиваетмаксимальную скорость 742 км/ч. В крейсерском полете — 355 км/ч. Оснащеннаядвумя двухконтурными ТРД, машина при взлетном весе 20,5 т несет на внешнейподвеске до 8392 кг бомб и ракет. Боевая ноша подвешивается к 24 точкам накрыле и фюзеляже.

Простой поконструкции, живучий самолет предназначен для атаки объектов на поле боя,патрулирования и ударов по вызовам войск, сопровождения боевых и транспортныхвертолетов, разведки в тактической глубине… Прогнозы — коварная штукаи.Пройдут годы, время и прогресс внесут свои поправки в долгосрочные перспективы,сделают явью нынешние разработки, снимут с повестки сегодняшние и завтрашниепроблемы, поставят новые… Одно очевидно: авиация — динамичная, быстрореагирующая на все новое, отрасль техники — и впредь останется аренойтворческого состязания и сотрудничества исследователей различных направлений,инженеров, рабочих, летчиков, всех, кому мы обязаны удивительной возможностьюлетать вопреки силе земного притяжения.

еще рефераты
Еще работы по авиации и космонавтике