Предисловие

С каждым годом ужесточаются требования к вновь создаваемым летательным аппаратам. Объективно это приводит к возрастанию объема потребных работ, их сложности и, как следствие, увеличению стоимости программы, а в конечном итоге - цены ЛА. В процессе проектирования приходится решать трудные, как правило, противоречивые задачи. С целью снижения затрат и степени риска конструктору и производителю приходится использовать все новейшие достижения науки и техники, в том числе, имеющиеся в смежных отраслях промышленности. Важной особенностью такой работы является увеличение числа разнообразных факторов, что неизбежно приводит к необходимости привлечения к процессу проектирования, постройки и обеспечения экс-плуатации большого количества различных специалистов. При этом требуется обеспечить и по возможности упростить неизбежный процесс обмена информацией. Успех работы по выполнению поставленной задачи, в которой принимают участие специалисты ряда организаций, зависит от квалификации и, что крайне важно, от общего понимания выполняемой программы, итогом реализации которой будет создание нового самолета, наиболее полно отвечающего требованиям заказчика. В этой ситуации непрерывно растут традиционно высокие требования к подготовке специалистов для конструкторских бюро, научно-исследовательских институтов и предприятий авиационной промыш-ленности. Сегодня специфика работы конструкторского бюро требует от инженера узкой специализации, но при этом учебное заведение должно давать своему выпускнику достаточно полное представление о самолете или другом летательном аппарате, что позволит ему с большим пониманием и ответственностью относиться к работе, которую он конкретно выполняет. Для такой цели во всех учебных заведениях, ведущих подготовку специалистов для авиационной промышленности, уже введены в учебный процесс обзорные, мировоззренческие дисциплины, формирую-щие у учащихся целостное, системное представление о конечном объекте проектирования и понимание того, что широкий кругозор помогает с большей эффективностью использовать на практике знания специальных предметов, полученные в учебном заведении.

Необходимо в процессе обучения   стремиться заложить основы "технического мышления", без которого невозможно обойтись конструктору. Именно на это и нацелена наша книга: ознакомить Вас в самом первом приближении с таким сложным инженерным объектом, как летательный аппарат, показать его целесообразность и красоту, помочь Вам в освоении во многом интернационального профессионального языка (слэнга, англ. slang) инженеров аэрокосмической техники.

Введение

Становление и развитие технологии производства летательных аппаратов от ремесленного искусства (XVIII в.) до науки (XX в.)

Авиация – область науки и промышленности, которая сегодня развивается чрезвычайно быстро, что требует постоянного совершенствования, внедрения современных технологий в теории конструкции материаловедения. Но прежде, чем достичь сего-дняшнего, столь высокого уровня самолетостроения, отрасль эта прошла нелегкий путь развития от ремесленного искусства до высокотехнологичной науки.

Начальный этап зарождения авиации начался еще в задолго до XX века, эпохи особого развития самолетостроения. Тогда многие исследователи пред-принимали попытки построить аппарат тяжелее воздуха и подняться в воздух на нем. Первые упоминания о попытках создания подобного аппарата относятся к средним векам, когда великий Леонардо да Винчи пытался воссоздать имитацию птичьего полета. Следующий шаг развития отрасли осуществил М.В. Ломоносов. В протоколе заседания Российской Академии наук от 1 июля 1754 года имеется запись: "Высокопочтенный советник Ломоносов показал изо-бретенную им машину, называему им аэродромической (воздухобежной), которая должна употребляться для того, чтобы с помощью крыльев, движимых горизон-тально, в различных направлениях силой пружины, какой обычно снабжаются часы, нажимать воздух (отбрасывать его вниз), отчего машина будет подни-маться в верхние слои воздуха, с той целью, чтобы можно было обследовать условия (состояние) верхнего воздуха посредством метеорологических машин (прибо-ров), присоединенных к этой аэродромической машине". Тогда он создал и испытал модель прообраза вертолета. Но лишь в 1881 году А.Ф. Можайский получил патент, а затем построил и испытал самолет, имевший практически все составляющие современного самолета. Дату испытания этого самолета с человеком на борту принято считать началом развития авиации. В 1894 г. увидела свет работа К.Э. Циолковского "Аэроплан, или птицеподобная (авиа-ционная) летательная машина ", в которой автор обосновал идею создания аэроплана с неподвижным свободнонесущим крылом. На самолете предлагалось иметь крыло трапециевидной формы с поперечным V при изогнутости по типу чайки. На эскизе, помещенном в статье, были показаны тянущий винт, обтекающей формы корпус, хвостовое оперение и шасси. В 1905 г. Циолковский предложил ромбовидный и клиновидный профили крыла для аппаратов со сверхзвуковыми ско-ростями полета. Несмотря на трудности, обусловленные незнанием законов аэродинамики, создание планеров и самолетов продолжалось. Конструкция их часто была очень сложной.

Первые теоретические основы аэродинамики, теории полета и расчета самолета тогда лишь отдаленно напоминали сегодняшние теории. Созданы они были в результате работ «отца» русской авиации Н.Е. Жуков-ского и его учеников.

Второй период развития самолетостроения характеризуется становлением базы аэродинамической науки, накоплением новых сведений о способах и методах конструирования и проектирования самолетов. Особую роль на этом этапе заняли такие ученые, как С.А. Чаплыгин, Б.Н. Юрьев, А.Н. Туполев, и сам Н.Е. Жуков-ский непосредственно. Первым в мире успешно лета-ющим аппаратом, оснащенным двигателем, стал самолет, который сконструировали и построили американцы из Северной Каролины братья Уилберг и Орвилл Райт. Полет этого самолета 17 декабря 1903 г. стал прорывом в вековом стремлении человека покорить воздушное про-странство. Самолет, взлетная масса которого составляла 544 кг, представлял собой биплан с двумя толкающими винтами, вращающимися в противоположных направ-лениях, с передним горизонтальным и задним верти-кальным оперением. Двигатель внутреннего сгорания Wright мощностью 30 л.с. крепился на нижнем крыле с правой стороны от места расположения пилота, который во время полета находился в лежачем положении. Управление самолета осуществлялось рукояткой руля высоты, а для изменения направления движения использовался метод перекашивания крыла боковым движением бедер, при этом автоматически отклонялся руль направления. Разбег самолета осуществлялся по деревянному рельсу длиной 18 м.

Третий этап с 1914 по 1935 г. характеризуется направленностью достижений в интересах удовлетворений потребности общества. Особо остро это проявилось в годы войны, когда самолеты стали использоваться в военных целях. Именно тогда самолеты стали быстро со-вершенствоваться, улучшались характеристики двигате-лей, конструкции, аэродинамические показатели. В эти годы в России было принято решение о создании воз-душного флота, об объединении мелких предприятий и организации первых КБ А.Н. Туполева и Н.Н. Поликар-пова, о создании Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) и ряда учебных вузов (в т.ч. Мос-ковского Авиационного Института) и академий для подготовки специалистов научных исследований.

Четвертый этап до 1950 г. был отмечен значи-тельным улучшением аэродинамических характеристик, смены двигателей с поршневых на газотурбинные, воз-можностью самолетов подниматься на большую высоту, летать на дальние расстояния, улучшением показателей прочности, надежности, долговечности.

На этом этапе произошел переход от биплановых самолетов до моноплановым, смена расположения шасси с компоновки, когда третье одиночное колесо распола-галось сзади до того, когда оно стало находиться спереди. Кроме того, самолетный парк был значительно увеличен, особое значение оказала Вторая Мировая война.

Конструктора - наши соотечественники – получали госзаказы на новые современные типы самолетов со значительным улучшением летных характеристик. Это была эпоха А.С. Яковлева, А.И. Микояна, С.А. Лавочкина, П.О. Сухого. Именно тогда появились первые МиГи, Яки, Ла, Ил.

Пятый этап с 1945 по 1965 г. отмечен развитием высокоскоростных самолетов, летающих на околозвуковых скоростях, улучшением их аэродинамики, снижением сопротивления аэродинамического, а также переход к крыльям малых удлинений, треугольным, стреловидным с малой относительной толщиной, фюзеляжам с увели-ченным удлинением и цельноповоротным стабили-затором. В эти годы появились первые пассажирские реактивные самолеты Ту-104, турбовинтовые пассажир-ские самолеты Ил-18, и самолет для межконтинентальных полетов Ту-114 и другие.

Шестой период с 1960 г. до сегодняшних дней можно охарактеризовать как электронно-вычислительную эпоху в конструировании самолетов. Сегодня авиация представлена самолетами, летающими со сверхзвуковыми скоростями, истребителями, истребителями-бомбардиров-щиками и бомбардировочной авиацией, самолетами с возможностью вертикального взлета и посадки, а также военно-транспортной авиацией.