1.2. Короткі історичні відомості про розвиток авіації [1], c. 3-7

Із далекої давності до наших днів легенди і розповіді донесли мрію людини піднятися в небо і вільно літати там, подібно птиці. Збереглись ескізи ЛА, які приводилися в дію мускульною силою, виконані італійським вченим і художником Леонардо да Вінчі (1452-I5I9). Російський вчений М.В. Ломоносов в 1704 р. на моделі практично довів можливість польоту на гвинтокрилих апаратах.

Починаючи з середини 19-го століття в різних країнах робилися спроби створення апаратів важчих за повітря без двигунів. Цікаві досліди з повітряними зміями проводив російський морський офіцер А.Ф. Можайский.

Робилися спроби створення літаків з паровими машинами. В 1881 р. отримав патент і побудував літак А.Ф. Можайский. В 1894 р. зробив гігантський літак Х.Максим в Англії, у Франції проектував літаки винахідник К. Адер. Однак парові двигуни були складні, важкі й великі, спроби літати з такими двигунами закінчились невдало.

Перший успішний політ був виконаний 17 грудня 1903 р. на літаку з двигуном внутрішнього згорання. Аероплан знаходився в повітрі 15 секунд. Створили літак (аероплан “Флайер”) і здійснили цей політ американці брати Уілбург і 0рвілл Райт. Аероплан братів Райт уявляв собою біплан типу “утка” з переднім горизонтальним і заднім вертикальним оперенням, з двома відштовхуючими гвинтами, які обертались у протилежні сторони (рис. 1.1, рис. 1.2, рис. 1.3). Гвинти з тонким увігнуто-випуклим профілем були виконані з дерева і приводилися в обертання за допомогою ланцюгової передачі. Тонкий увігнуто-випуклий профіль верхнього і нижнього крил задавався часто розташованими нервюрами. Двигун внутрішнього згорання «Райт» стартовою потужністю 16 і польотною потужністю 12 к. с. закріплювався на нижньому крилі, з правої сторони від місця розташування пілота. Пілот розташовувався на ложементі і під час польоту знаходився в лежачому положенні.

Управління біпланом по курсу і крену здійснювалося перекосом біпланової коробки з одночасним поворотом керма напрямку. Цікаво був вирішений братами Райт привод цієї системи - переміщенням вправо і вліво ложемента, на якому розташовувався пілот. Управління по висоті здійснювалося рукояткою керма висоти.

Рис. 1.1. Аероплан братів Райт:

1 - носовий стартовий ролик; 2 - ланцюгова передача до коробки керма висоти; 3 - трубчаста трапеція осі повітряного гвинта; 4 – підніжка; 5 - стержні хвостової балки; 6 - трубковий підшипник осі повітряного гвинта; 7 - відома зубчатка; 8 - задня кромка крила; 9 – нервюра; 10 - передня кромка крила; 11 - шов стику полотен обшивки крила; 12 - лонжерон крила; 13 – стійка; 14 – ложемент; 15 - трубчаста направляюча ланцюгової передачі; 16 – качалка; 17 – ролик; 18 – магнето; 19 - контур закінцівки лівого напівкрила; 20 - контур закінцівки правого напівкрила.

Рис. 1.2

Аероплан не мав шасі. Для його зльоту конструктори спорудили стартову катапульту, що складається з пірамідальної башти і дерев'яної направляючої рейки завдовжки 18 м. Привід катапульти здійснювався за допомогою “падаючого” масивного вантажу, пов'язаного з літаком тросом через систему блоків.

Рис. 1.3

В Європі перший політ був здійснений 12 вересня 1906 р. Апарат датського конструктора Якоба Христіана Еллехаммера відірвався від землі і пролетів 40 м. Через два дні підняв у повітря свій літак бразилець Альберто Сантос-Дюмон, який протримався в повітрі 8 секунд.

Наступні роки стали роками створення у Франції великої кількості нових конструкцій літаків, на яких були досягнуті рекордні значення швидкості, дальності і висоти польоту. До кінця 1909 р. Луї Блеріо на моноплані власної конструкції досяг швидкості 77 км/год, біплан конструкції Анрі Фармана пролетів 234 км, а літак-моноплан Леона Левавассера піднявся на висоту 475 м. У тому ж році Анрі Фарман організував виробництво перших серійних літаків-біпланів “Форман IV”, а Луї Блеріо на своєму літаку-моноплані “Блеріо XI” пролетів через Ламанш. В 1910 р. французький льотчик Едуард Ньюпор на своєму літаку-моноплані розташував двигун і кабіну пілота всередині фюзеляжу, чим рішуче покращив аеродинамічні характеристики літака.

Дуже вдалі конструкції літаків з'явились у цей час в Германії і Австрії. Над ними працювали Лернер, Єтрих, Урсінус, Румплер, Юнкерс та інші. В Англії створювали літаки Шорт і Де Хєвіленд. У США знайшов популярність конструктор Кертіс, а в Италії – Капроні.

Великий внесок у розвиток конструктивних форм літаків, їх виробництво, створення і впровадження в практику літакобудування нових авіаційних матеріалів внесли російські вчені, конструктори, інженери і льотчики. Росія, дала світу авіаконструкторів таких як Слєсарєв, Сікорский і Анатра.

Ігор Стеглау вперше в літакобудуванні в 1911-I912 р. застосував зварювання сталевих елементів і фанеру як працюючу обшивку. Д.П. Григорович в 1914 р. вперше у світі побудував гідролітак – літаючий човен, який перевершував по швидкості всі сухопутні літаки того часу.

В 1912-1913 р. група конструкторів під керівництвом І.І. Сікорського створила багатомоторні літаки: двомоторний "Гранд" і чотиримоторні літаки "Російський вітязь" та "Ілья Муромець". Літак "Ілья Муромець" (рис. 1.4) не мав рівних у світі. Оснащений чотирма двигунами (2×125 кс і 2×220 кс), при польотній масі 5000 кг він брав корисне навантаження до 1760 кг, розвивав швидкість до 127 км/год і мав дальність польоту до 760 км. Літаки "Ілья Муромець" були обладнані контрольними і аеронавігаційними приладами, кабіна отоплювалася, для чого використовувалися відпрацьовані гази двигунів. Літак А.А. Пороховщікова з подвійним управлінням і поряд розташованими сидіннями інструктора і учня був першим спеціально створеним учбовим літаком. В 1910 р. Б.М. Юрьєв вперше у світі розробив схему одногвинтового вертольота, у якому були вирішені основні проблеми управління, безпеки посадки і поступального руху. Схема одно гвинтового вертольота з автоматом перекосу Б.М. Юрьєва стала типовою схемою більшості сучасних вертольотів.

Рис. 1.4. Літак "Ілья Муромець".

Розвиток літакобудування багато в чому зобов'язаний теоретичним роботам видатних російських вчених М.В Ломоносова (1711-1765), Д.І. Менделєєва (1834-1907), К.Є. Ціолковского (1857-1935), М.Є. Жуковського (1847-1921), С.А. Чаплигіна (1869-1942) та іншим.

Успішне застосування авіації на фронтах першої світової війни активізувало її розвиток. У Франції, Англії, Германії, Росії починає створюватися авіаційна промисловість, з'являються науково-дослідні бази та інститути. До кінця першої світової війни швидкість польоту літаків досягла 200 - 220 км/год, висота - 7 км. Залежно від виконуваних завдань літаки стали підрозділяти на винищувачі, бомбардувальники і розвідники.

Радянська військова авіація веде свій початок з грудня 1917 р., коли була організована Всеросійська колегія по управлінню Повітряним Флотом Республіки.

У червні 1918 р. за рішенням уряду були націоналізовані всі авіаційні заводі і майстерні, а через деякий час створений центр по керівництву ними - Главкоавіа.

У грудні 1918 р. за ініціативою професора М.Є. Жуковського організовується Центральний аерогідродинамічний інститут (ЦАГІ), що став центром наукової авіаційної думки в Росії, а у вересні 1920 р. інститут інженерів Червоного Повітряного Флоту, згодом перейменований у Військово-Повітряну інженерну академію імені проф. М.Є. Жуковського.

Рада Праці та Оборони в 1921 р. прийняла історичне рішення про розробку програми – максимум розвитку авіації і авіаційної промисловості. В 1921 р. за підписом В.І. Леніна був виданий декрет про пересування в повітряному просторі над територією країни. Цим декретом були встановлені правила польоту літаків і експлуатації аеродромів.

Першими радянськими літаками були спортивний моноплан А.М. Туполєва АНТ-1 (1923 р.), трьохмісні пасажирські літаки В.А. Олександрова і В.В. Калініна AK-1 „Латышский стрілець” і А.М. Туполева АНТ-2 (1924 р.), винищувачі М.М. Полікарпова І-1., Д.П. Григоровича І-2. В 1923 р. налагоджується випуск авіадвигунів М-5 потужністю 400 кс і літаків P-1, основного літака Військово - повітряних сил Червоної Армії тих років. В 1927-1930 р. були створені літаки Р-3 і Р-5 і перший радянський важкий бомбардувальник ТБ-1. В 1928 р. у повітрі з'явився семі місцевий пасажирський літак М.М. Полікарпова П-1 з двигуном потужністю 260 кс, а рік потому А.М. Туполев демонструє дев’яті місцевий тримоторний пасажирський літак АНТ-9. Цей літак, оснащений згодом двома двигунами M-I7, тривалий час широко використовувався на повітряних лініях СРСР.

Авіаційна промисловість розвивалася і міцніла в процесі індустріалізації країни. В 30-і роки з'явилися винищувачі М.М. Полікарпова І-I5, І-16 (1933 р.) та І-153 (1938 р.) (швидкість польоту 450 – 525 км/год), бомбардувальник А.М. Туполева (вантажопідйомність 500 кг і швидкість 420 км/год), дальній бомбардувальник С.В. Іллюшина ДБ-3 (вантажопідйомність 500 кг, дальність польоту 4000 км і швидкість 450 км/год). В 1933 р. авіаконструктори А.М. Туполев і П. О. Сухій створили рекордний літак АНТ-25, що навічно ввійшов в історію авіації. Саме на цьому літаку в 1937 р. екіпажі прославлених льотчиків В.П. Чкалова і М.І. Громова пролетіли без посадки за маршрутом Москва - Північний полюс - США, покривши відстань відповідно 8504 і 10148 км. До 1941 р. радянські льотчики встановили 37 % всіх світових рекордів.

В 1930 році було створено Всесоюзне об'єднання цивільного повітряного флоту (ЦПФ). ЦПФ був виведений з підпорядкування військового відомства. Вже через 2 роки це об'єднання було перетворено на Головне управління цивільного повітряного флоту при Раді Народних Комісарів СРСР, якому було присвоєно найменування „Аерофлот”, і яке тільки в 1964 році було замінено на Міністерство цивільної авіації СРСР. Цивільна авіація була віднесена до особливо важливих галузей народного господарства (економіки).

Аерофлот почав створювати свої заводи. В кінці 1932 року вже працювало декілька заводів з будівництва літаків, виготовлення авіадвигунів і спеціального обладнання. В 1930 році було створено Науково-дослідний інститут цивільного повітряного флоту, на базі якого в 1932 році були створені три самостійні науково-дослідні інститути: літакові, двигунові, зв'язку і сигналізації. Відкриваються нові повітряні авіалінії. Швидкими темпами розвивається авіаційна промисловість, що дозволило перевести цивільний повітряний флот на експлуатацію літаків тільки вітчизняного виробництва. Це мало величезне значення як для розвитку народного господарства, так і для оборони країни.

Серйозним випробуванням авіації з'явилася Велика Вітчизняна війна 1941 – 1945 р., в ході якої закріпилося якісна, а потім і кількісна перевага авіації СРСР над повітряними силами фашистської Німеччини. Всесвітню популярність у ті роки здобули літаки конструкторів М.М. Полікарпова І-16 і А.М. Туполева Ту-2, О.С. Яковлєва Як-1, Як-3, Як-9, С.А. Лавочкіна Ла-5, Ла-7, С.В. Іллюшина Іл-2, Іл-4, В.М. Петлякова Пе-2, Пе-8, A.M. Мікояна і М.І. Гуревича МіГ-3.

Наприкінці другої світової війни швидкість серійних літаків з поршневими двигунами досягла 690 – 720 км/год, висота польоту 12 км, дальність польоту 6000 км. Подальше підвищення швидкості польоту поставило перед конструкторами того часу непереборні утруднення. На швидкостях, що перевищують 700 км/год, різко підвищувався лобовий опір літака, виникав так званий „звуковий бар'єр,” погіршувалися стійкість і керованість літака. Наприкінці сорокових років на зміну поршневим двигунам прийшли потужні та легкі реактивні двигуни.

Успіхи в аеродинаміці й створенні реактивних двигунів дозволили почати проектування літаків з великою швидкістю польоту. Перший у СРСР політ на літаку з реактивним двигуном був здійснений у лютому 1940 р. льотчиком В.П. Федоровим на ракетоплані СК – 9 конструкції С.П. Корольова. Першими радянськими серійними літаками з турбореактивними двигунами були літаки МіГ–3 і Як-15, що почали польоти у квітні 1946 р.

Першим масовим серійним надзвуковим літаком став літак МіГ-19. Він мав два двигуни з тягою 32,4 кН кожен. Максимальна швидкість польоту досягала 1450 км/год. Найбільш масовим вітчизняним надзвуковим літаком зі швидкістю, що перевищує 2000 км/год, став легкий високо маневрений винищувач МіГ-21.

Наприкінці 50-х років при проектуванні й випробуваннях швидкісних важких бомбардувальників конструктори прийшли до виводу, що для стійкого польоту на максимальних швидкостях крило повинне мати стрілоподібність 30-40 градусів. Результати теоретичних розрахунків і продувок моделей дозволили перейти до створення навколо звукових ЛА з новими аеродинамічними формами профілю і новим компонуванням крила та фюзеляжу. У результаті був побудований бомбардувальник Ту-16, що мав стрілоподібне крило, два двигуни, розташовані біля фюзеляжу, більші швидкості, бомбове навантаження і дальність польоту. На базі літака Ту-16 в ОКБ А.М. Туполева був розроблений перший радянський реактивний пасажирський літак Ту-104, що з'явився на повітряних трасах СРСР в 1956 р. і міг перевозити до 100 пасажирів зі швидкістю до 900 км/год.

В 1957 – 1959 р. Аерофлот поповнився новими пасажирськими літаками з турбогвинтовими двигунами О.К. Антонова Ан-10 і Ан-24, С.В. Іллюшина Іл-18, А.М. Туполева Ту-114, а також літак з турбодвигунами А.М. Туполева Ту-124. Літак Ту-124 за формою був схожий на Ту-104, але на нім були встановлені економічні й компактні двоконтурні двигуни Д-25, створені в конструкторському бюро П.А. Соловйова. Ці двигуни були встановлені й на літаку Ту-134, причому для зменшення шуму в пасажирському салоні двигуни були розташовані в задній частині фюзеляжу. Було потрібне інше, чим раніше, розташування хвостового оперення.

У цей час гостро встало питання про створення надзвукових пасажирських літаків. При цьому літак повинен був поєднувати велику швидкість на маршруті з можливо меншою при заході на посадку. Було потрібно звільнити крило від усього, що заважало установці передкрилків, закрилків, інтерцепторів – механізації, що дає позитивний ефект для зменшення швидкості при посадці. Були розроблені двигуни, що створюють зворотну тягу (реверс), для енергійного гальмування літака. Розроблялися принципово нові системи автоматичного управління літаком. ОКБ А.М. Туполева вирішило ці проблеми і створило перший в світі надзвуковий пасажирський літак Ту-144, дослідний зразок якого піднявся в повітря в останній день 1968 року. Політ Ту-144 довів усьому світу можливість надзвукових пасажирських перевезень.

В ОКБ А.М. Туполева не припинялася робота зі створення більш довершеного дозвукового пасажирського літака, який поєднував би в собі кращі якості трьох літаків: швидкість Ту-104, дальність і економічність Іл-18 і злітно-посадочні якості Ан-10. Такий літак був сконструйований в середині 60-х років в ОКБ А.М. Туполева - Ту-154.

Швидкісний пасажирський літак Ту-154 і його модифікації: Ту-154А, Ту-154Б, Ту-154Б1, Ту-154Б2, Ту-154М призначені для перевезення пасажирів, багажу й вантажів на авіалініях малої й середньої довжини від 500 до 4000 км із комерційним навантаженням до 19 тонн і крейсерською швидкістю до 920 км/год. Цей літак є одним із кращих представників другого покоління турбореактивних літаків.

Літаки наших днів можуть літати зі швидкостями, що досягають 3000 – 3500 км/год, на висотах, що перевищують 30 км, піднімати в повітря більше 100 т комерційного навантаження, здійснювати безпосадочні польоти на відстані понад 10000 км, а з дозаправкою паливом у повітрі - практично на необмежені відстані.

Термін авіаційне обладнання (АО) на сучасних літальних апаратах об'єднує велике число різноманітних бортових систем і комплексів. До них відносяться системи електропостачання і системи електрообладнання, світлотехнічні пристрої, системи автоматичного управління польотом ЛА, навігаційні системи і пілотажно-навігаційні комплекси, системи приладового обладнання, системи забезпечення життєдіяльності екіпажа і пасажирів, бортові обчислювальні системи, оптико-електронні системи і комплекси повітряної розвідки і ряд інших систем.

Історично першою системою, що відноситься до АО, з'явилася система запалювання горючої суміші в авіаційних двигунах внутрішнього згорання.

Перша вітчизняна система електропостачання була встановлена на літаку "Ілля Муромець" в 1913 р. для живлення радіотелеграфної станції і внутрішнього освітлення.

З 1934 р. на літаках з’явилися електричні стартери для запуску авіадвигунів і різні електропривідни механізми для управління рухомим стрілецько-гарматним озброєнням, випуску і підйому шасі, управління закрилками і т.д.

Переломним етапом в розвитку авіаційного обладнання вітчизняних військових літаків стало створення в 1939 р. пікіруючого бомбардувальника Пе-2 конструкції В.М. Петлякова, який по використанню приводних електромеханізмів перевершував літаки інших держав того часу.

За роки Великої Вітчизняної війни АО отримало значний розвиток. З'явилися автопілоти, складні системи управління рухомими артилерійськими установками, знайшли масове застосування зв'язні радіостанції і радіонавігаційні системи. Все це супроводжувалося відповідним зростанням потужності джерел електричної енергії на літаках.

Значний розвиток отримало авіаційне обладнання наприкінці 40-х початку 50-х років з переходом авіації на реактивну тягу. Були створені нові електричні системи запуску і управління режимами роботи силових установок, прилади для "сліпого" польоту, тобто польоту вночі або в хмарах.

У другій половині 60-х років на основі автопілотів були створені системи автоматичного управління польотом, які дозволили автоматизувати не тільки прямолінійний (маршрутний) політ, але і прицілювання, бомбометання і захід на посадку.

У 70-х роках прогрес в системах авіаційного обладнання пов'язаний з вдосконаленням елементної бази - заміною громіздких і споживаючих значну енергію електронних ламп напівпровідниковими приладами, які дозволили зменшити масу і габарити автоматичних пристроїв при одночасному підвищенні їх надійності.

Останній і найбільш важливий етап в розвитку авіаційного обладнання пов'язаний з впровадженням на літаках і вертольотах бортових цифрових обчислювальних машин. Використання цифрових обчислювачів забезпечує значне підвищення точності вимірювання параметрів польоту і режимів роботи авіадвигунів і бортових систем, а також можливість застосування складних алгоритмів для автоматизації управління польотом практично на всіх етапах польоту від зльоту до посадки. Цифрові обчислювачі будуть включені в автоматику управління всіма найважливішими установками і системами літального апарату, починаючи з його силової установки і закінчуючи системами озброєння, розвідки, електрообладнання і т.п.

На базі бортової цифрової обчислювальної техніки створюються бортові системи контролю режимів польоту, дій екіпажа і стану бортових систем літального апарату. Ці системи при будь-якій несправності або помилці екіпажа видають відомості про цю подію, а також підказують членам екіпажа найбільш доцільний порядок дій для ліквідації небажаних наслідків цієї події. Бортові системи контролю можуть бути використані як основний засіб контролю стану авіаційної техніки на всіх видах підготовки її до польоту. Вони, в принципі, забезпечують об'єктивний і документований контроль всіх життєво важливих систем літака.

Коротке перерахування складу авіаційного обладнання, експлуатація якого здійснюється під керівництвом інженерів за фахом, яку ви вибрали для отримання в нашому університеті, а також перспектив його розвитку, переконливо доводить необхідність глибоких і усесторонніх знань цього обладнання інженерно-технічним складом.