1.4. Текст лекции.

1. История зарождения авиации. Первые полёты.

Авиация (от лат. Avis - птица) - 1. Теория и практика передвижения в околоземном воздушном пространстве на летательных аппаратах тяжелее воздуха (самолетах, вертолетах, планерах). 2. Теория и практика полёта в атмосфере, а также совокупное наименование связанных с ними видов деятельности.

Авиацию подразделяют на такие виды:

1. Гражданская авиация:

- коммерческая авиация;

- авиация общего назначения;

2. Государственная авиация:

- военная авиация;

- авиация МЧС;

Гражда́нская авиа́ция — авиация, используемая в целях обеспечения потребностей граждан. К этим целям относится:

- перевозка пассажиров, багажа, груза и почты;

- выполнение авиационных работ в сельском хозяйстве, нефтегазовой отрасли, строительстве, для охраны лесов, обслуживания экспедиций и т. п.;

- оказание медицинской помощи населению и проведение санитарных мероприятий;

- проведение экспериментальных и научно-исследовательских работ;

- проведение учебных, культурно-просветительных и спортивных мероприятий;

- проведение поисково-спасательных, аварийно-спасательных работ и оказание помощи при стихийных бедствиях.

Авиа́ция о́бщего назначе́ния (АОН) — гражданская авиация, не используемая для осуществления коммерческих воздушных перевозок и выполнения авиационных работ (авиация для собственных нужд, без права перепродажи услуг третьему лицу).

Государственная авиация - авиация, используемая для осуществления военной, пограничной, полицейской, таможенной и других государственных служб, а также для выполнения мобилизационно-оборонных и оборонно-спортивных задач.

Таким образом, государственная авиация подразделяется на:

- военную авиацию;

- авиацию других силовых ведомств (МВД, и так далее);

- авиацию МЧС;

- спортивную авиацию.

История авиации изучает развитие механического полёта от первых попыток запусков бумажных змеев и планирующего полёта до оснащённых двигателями аппаратов тяжелее воздуха, а также более позднее его развитие.

Полет — контролируемый процесс движения (перемещения) объекта в газообразной среде или применением реактивной тяги или других двигательных средств, так и без этого (по инерции).

Планирующий полёт – полёт, в котором летают без использования тяги на специализированных летательных аппаратах.

Мечта человечества о полёте, возможно, впервые была реализована в Китае, где полёт человека, привязанного (в виде наказания) к бумажным змеям был описан в VI веке н. э. Позднее первый управляемый полёт на дельтаплане совершил Аббас ибн Фарнас в Аль-Андалусе в IX веке н. э. У Леонардо да Винчи (XV в.) мечта о полёте нашла выражение в нескольких проектах, но он не пытался их реализовывать. Первые серьёзные попытки полёта человека были реализованы в Европе в конце XVIII века.

Дельтаплан — летательный аппарат тяжелее воздуха, выполненный по схеме бесхвостка со стреловидным крылом, управление полётом которого осуществляется смещением центра масс за счёт перемещения пилота относительно точки подвески (балансирный планер). Характерная особенность — старт с ног и посадка на ноги.

Мечта о полёте встречается в мифах разных народов мира (например, о Дедале и Икаре в греческой мифологии, или о Пушпака Вимана в Рамаяне). Первые попытки полёта также часто связаны с идеей подражать птицам, как в мифе о Дедале его крылья из перьев и воска. Попытки строить крылья и спрыгивать из высоких башен продолжались даже в семнадцатом веке, и "авиаторы" получали травмы или разбивались.

Первые полёты аппаратов легче воздуха

Первый общеизвестный полёт человека был совершён в Париже в 1783. Жан-Франсуа Пилатр де Розье и маркиз де Арландес пролетели 8 км на воздушном шаре разработки братьев Монгольфье, наполненном горячим воздухом. Воздушный шар нагревался огнём от сжигаемой древесины и не был управляемым, то есть перемещался по воле ветра.

Запуск воздушных шаров-зондов стал популярным развлечением в Европе в конце XVIII века, таким образом, человек начал покорять высоту и атмосферу.

Работа над созданием управляемого воздушного шара (дирижабля) (который получил название воздушный корабль) продолжалась в течение 1800-х годов. Первый управляемый оснащённый паровым двигателем аппарат легче воздуха поднялся в 1852, когда француз Жиффар пролетел 24 км.

Дирижа́бль – летательный аппарат легче воздуха, представляющий собой комбинацию аэростата с движителем (обычно винтовой с электрическим двигателем или с двигателем внутреннего сгорания) и системы управления ориентацией (рули управления), благодаря которой дирижабль сможет двигаться в любом направлении независимо от направления воздушных потоков.

Неуправляемые воздушные шары применялись во время Гражданской войны в США армией Союза.

Следующий технологический прорыв был совершён в 1884, когда был осуществлён первый полностью управляемый свободный полёт на французском военном дирижабле с электрическим двигателем La France Шарлем Ренаром и Артуром Кребсом. Длина дирижабля составила 52 м, объём — 1 900 м³, за 23 минуты было покрыто расстояние в 8 км при помощи двигателя мощностью 8 1/2 л. с.

Тем не менее, эти аппараты были недолговечны и чрезвычайно непрочны. Регулярные управляемые полёты не совершались до появления двигателя внутреннего сгорания.

Дви́гатель вну́треннего сгора́ния — тепловой двигатель, который преобразовывает теплоту сгорания топлива в механическую работу.

Однако дирижабли использовались и в Первой, и во Второй мировых войнах, и продолжают ограниченно использоваться и в наши дни, но их развитие было в значительной степени заторможено развитием аппаратов тяжелее воздуха.

1880-е годы стали периодом интенсивного изучения, для этого времени были характерны исследования, которые вносили наибольший вклад в науку до XX века. Началом в исследованиях 1880-х было строительство первых действительно практически пригодных к эксплуатации планеров. Основной вклад внесли три человека: Отто Лилиенталь, Перси Пильчер и Октав Шанют. Один из первых действительно современных планёров был построен Джоном Дж. Монтгомери; он совершил управляемый полёт недалеко от Сан-Диего 28 августа 1883. Только много лет спустя информация о его полёте стала общеизвестна. Дельтаплан Вильгельма Кресса был построен в 1877 недалеко от Вены.

Эра Пионеров (1900—1914)

Легче воздуха

Первыми летательными аппаратами, которые стали выполнять регулярные контролируемые рейсы, стали мягкие дирижабли (позже названные «блимпы» (от англ. «толстяки», «неуклюжие»)); самый успешный ранний проект этого типа летательного аппарата был разработан бразильцем Альберто Сантос-Дюмоном. Сантос-Дюмон эффективно установил на воздушный шар двигатель внутреннего сгорания. 19 октября 1901 он стал всемирно известен, после того как он на своём дирижабле «Номер 6» пролетел над Парижем из Сен-Клу, вокруг Эйфелевой Башни и вернулся менее чем через тридцать минут, чтобы выиграть приз. После такого успеха своих дирижаблей Сантос-Дюмон спроектировал и построил ещё несколько аппаратов.

В то же самое время, когда мягкие дирижабли начали завоёвывать признание, развитие твердых дирижаблей также не стояло на месте. Впоследствии именно твердые дирижабли смогли переносить больше грузы, чем самолёты, в течение многих десятилетий. Конструкция таких дирижаблей и её развитие связаны с немецким графом Фердинандом фон Цеппелином.

Первый полёт Цеппелина состоялся 2 июля 1900. Он продолжался в течение всего 18 минут, поскольку был вынужден приземлиться на озеро после того, как механизм балансирования веса сломался. После ремонта аппарата технология жёсткого дирижабля успешно была испытана в последующих полётах, побив рекорд скорости на 6 м/с французского дирижабля Франция на 3 м/с, но этого ещё было недостаточно для привлечения значительных инвестиций в дирижаблестроение. Это произошло через несколько лет, в результате граф получил необходимое финансирование.

Летательные аппараты тяжелее воздуха - воздушные суда, которые не обладают достаточной аэростатической силой, а потому для создания подъёмной силы необходимо использовать иные конструкторские решения. Наиболее распространённое — использование аэродинамической силы, создающей подъёмную силу за счёт несимметричности обтекания тела (аэродинамической поверхности) потоком воздуха.

Братья Райт

Следуя принципу Лилиенталя прыжка перед полётом, братья построили и испытали ряд бумажных змеев и планёров с 1900 по 1902 до того, как построить аппарат с двигателем. Планёры успешно летали, однако не так, как Райт ожидали, исходя из экспериментов и писем их предшественников XIX века. Их первый планёр, запущенный в 1900, его подъёмная сила составляла около половины того уровня, который они ожидали. Их второй планёр, построенный в следующем году, оказался ещё менее удачным. После этого Райт построили собственную аэродинамическую трубу и создали большое количество сложных устройств для измерения подъёмной силы и испытали около 200 проектов крыла. Их испытания и вычисления позволили построить третий планёр, на котором они летали в 1902. Он был сделан намного лучше предыдущих моделей. В итоге, установив строгую систему проектирования, испытании в аэродинамической трубе и лётные испытания опытных полноразмерных образцов, Райт не только построили действующий самолёт, но также внесли вклад в современный подход к авиастроению.

Флайер-1 братьев Райт: первый подтверждённый полёт управляемого самолёта с двигателем.

Райт совершили первый длительный управляемый полёт аппарата тяжелее воздуха с двигателями в песчаных дюнах в 8 км от Китти Хаук, Северная Каролина 17 декабря 1903.

Первый полёт совершил Орвилл Райт, преодолев 37 м за 12 секунд, что было зарегистрировано на известной фотографии. В четвёртом полёте в тот же самый день Уилбер Райт пролетел 260 м за 59 секунд. Полёты были засвидетельствованы 4 свидетелями и деревенским мальчиком, в результате чего их первые публичные полёты и являются первыми хорошо задокументированными.

При восстановлении аппарата Флайер-III после серьёзной аварии 14 июля 1905 Райт сделали радикальные перемены в конструкции. Они почти удвоили размер элеватора и руля и перенесли их вдвое дальше от крыльев. Они добавили две жёсткие вертикальные лопасти («блинкерсы») между элеваторами, и дали крыльям очень небольшой положительный угол. Они отсоединили руль восстановленного Флайера-III от управления перекосом крыла, и, как во всем будущем самолете, стали использовать отдельную ручку управления. При испытаниях Флайера-III, возобновленных в сентябре, результат был получен почти немедленно. Резкие взлёты, спуски и повороты, которые мешали пилотированию Флайеров-I и -II, прекратились. Незначительные аварии, которые преследовали братьев Райт, также завершились. Полёты на перепроектированном Флайере-III начались с длительностей более 20 минут. Таким образом Флайер-III стал реальным, кроме того, надёжным самолётом, который мог лететь продолжительное время и вернуть пилота к отправной точке благополучно, приземлившись без повреждений. 5 октября 1905 Уилбер пролетел 38.9 км за 39 минуты 23 секунды.

Вертолёт — воздушное судно тяжелее воздуха, которое поддерживается в полете в основном за счёт реакций воздуха с одним или несколькими несущими винтами, вращаемыми силовой установкой вокруг осей, находящихся примерно в вертикальном положении.

В 1877 Энрико Форланини создал беспилотный вертолет, оснащённый паровым двигателем. Он поднялся на высоту 13 метров, где оставался в течение около 20 секунд, вертикально взлетев в парке в Милане.

Вертолёт Поля Корню, построенный в 1907, был первой летающей машиной, которая поднялась над землёй, используя крутящиеся лопасти вместо крыльев.

Первый пилотируемый вертолёт, который поднялся над землёй, был сконструирован Полем Корню. Этот полёт состоялся в 1907 году, однако первым практическим вертолётом был Focke FA-61 (Германия, 1936).

Гидросамолёт – самолёт, способный взлетать и приземляться на водную поверхность. Раннее название — гидроплан.

Первый гидросамолёт был построен в марте 1910 французским инженером Анри Фабром. Он получил имя Le Canard ('утка'), он взлетел с воды и пролетел 800 метров во время первого рейса 28 марта 1910. Эти эксперименты были поддержаны пионерами авиации Габриэлем и Шарлем Вуазенами, которые приобрели несколько поплавков Фабра и установили их на свой самолёт Canard Voisin. В октябре 1910 Canard Voisin стала первым гидросамолётом, который пролетел над рекой Сеной, а в марте 1912 первым гидросамолётом, стартовавшем с авианосца La Foudre ('молния').