* ЗАКАЗАТЬ АВТОРСКИЙ РЕФЕРАТ, КУРСОВУЮ ИЛИ ДИПЛОМ*

тел. 728 - 3241

ПАРАШЮТ, устройство для обеспечения безопасного спуска человека или груза в атмосфере с большой высоты. Основными элементами парашюта являются матерчатый купол в форме зонтика и стропы, сходящиеся к подвесной системе, удерживающей груз. Купол раскрывается с помощью вытяжного троса, которым парашют вытягивается из ранца. Полотнище купола распахивается и натягивается под действием воздушного потока. Раскрытый купол имеет значительную площадь, создает большое сопротивление при движении в воздухе и тормозит падение. В раскрытом виде купол парашюта для человека имеет в поперечнике около 9 м. Купол грузового парашюта может достигать 30 м в поперечнике. Куполы первых парашютов изготовлялись из шелка. В настоящее время чаще используют найлон как более прочный и долговечный материал.
Применения парашюта. Первые парашюты были предназначены для прыжков с аэростатов. Теперь парашют является необходимым элементом стандартной экипировки для летчиков и членов экипажа военных самолетов. Парашюты используются также для доставки грузов в места, не доступные для других средств доставки. Во время Второй мировой войны парашюты применяли для забрасывания десантов и снаряжения в тыл противника и для снабжения войск на линии фронта. С помощью парашютов осуществляют безопасный спуск на землю отдельных частей самолетов, таких, как кабина экипажа с летчиком. Парашюты используют также для уменьшения посадочной скорости самолетов, что позволяет им садиться на короткие взлетно-посадочные полосы (например, на авианосце). Посадочные парашюты применяют также для торможения в атмосфере искусственных спутников и космических аппаратов с экипажем при их возвращении из космоса на Землю.
Типы парашютов. Наряду с классической зонтичной формой имеются и другие типы парашютов. Разработаны парашютные системы, в которых сначала раскрывается небольшой вытяжной парашют, который затем вытягивает и раскрывает купол основного парашюта. Ленточный парашют, раскрывающийся медленнее, чем зонтичный, позволяет ослабить рывок, возникающий при быстром раскрытии купола. В куполе ленточного парашюта имеются прорези, через которые часть воздуха может вытекать из-под купола. Спускаемый груз на этом парашюте испытывает меньшую болтанку. Существуют управляемые парашюты, у которых полотнище состоит из нескольких секций, способных перемещаться одна относительно другой. Это позволяет парашютисту лучше управлять парашютом во время снижения.
Своеобразным гибридом парашюта и планера является параплан, или гибкое крыло Ф.Рогалло (1951, США). Обычно оно представляет собой раму треугольной формы с закрепленным на ней полотнищем. Такую треугольную конструкцию часто называют дельтапланом. При небольшом собственном весе параплан может нести большой груз. Параплан, как и парашют, можно сложить, придав ему компактную форму. Благодаря этим достоинствам парапланы использовались для управляемой посадки капсулы экипажа космического корабля «Джемини» после ее входа в атмосферу Земли.
Историческая справка. Впервые схема и описание парашюта были даны Леонардо да Винчи в 1475. В 1783 французский физик Л.Ленорман осуществил первый успешный прыжок с парашютом с башни обсерватории, а в 1797 французский воздухоплаватель А.Гарнерен совершил успешный прыжок с воздушного шара. В годы, предшествовавшие Первой мировой войне, парашюты использовали главным образом для прыжков с аэростатов. Во время Первой мировой войны их стали применять летчики для спасения из подбитых или неисправных самолетов.

ЛИТЕРАТУРА
Лисов И.И. Свободный полет. М., 1979
Парашюты и проницаемые тела. М., 1980
Костенко И.К. Летающие крылья. М., 1985

ПЕНО, АЛЬФОНС (Pnaud, Alphonse) (1850–1880), французский изобретатель. Родился в 1850 в Париже. В 1871 представил Французскому обществу воздухоплавателей «планофор» – первую модель летательного аппарата с приводом от скрученных резиновых жгутов, которая пролетела около 40 м за 11 с. Модель вертолета с двумя встречными винтами, изготовленными из перьев, поднялась на высоту 15 м и стала прообразом той игрушки, которая поразила в детстве братьев Райт и, вероятно, повлияла на их судьбу. Пено был активным членом Французского общества воздухоплавателей и в его печатном органе «Аэронавт» публиковал свои статьи, в том числе посвященные математической теории полета птиц. Самым значительным его изобретением стала конструкция моноплана-амфибии, на которую он получил патент в 1876. Моноплан-амфибия имела фюзеляж обтекаемой формы, крыло с небольшим удлинением и толстым профилем, несущую обшивку, металлические пропеллеры с регулируемым углом наклона, убирающееся взлетно-посадочное шасси (для облегчения взлета с воды предусматривались реданы, убираемые в полете), закрытые кабину пилота и пассажирский салон, амортизаторы, автопилот, единую рукоятку управления. Многие идеи, изложенные в патенте, были реализованы лишь после 1930. Пено – автор многих технических новшеств, таких, как клапан для воздушного шара, метод определения давления воздуха на различные части несущих плоскостей в полете, техника изучения полетов с помощью скоростной фотосъемки. Обстоятельства смерти Пено до конца не известны. Сообщение о его кончине было опубликовано в журнале «Аэронавт» за ноябрь 1880.

ПИКАР (Piccard), братья-близнецы Огюст (Auguste) (1884–1962) и Жан Феликс (Jean Felix) (1884–1963), швейцарские ученые. Родились 28 января 1884 в Лютри (кантон Во). Оба окончили Высшую политехническую школу в Цюрихе, Огюст как инженер-физик, Жан – как инженер-химик. Огюст преподавал сначала в Цюрихе, затем в Брюссельском университете. Его научные интересы лежали в области метеорологии, физики атмосферы и космических лучей, и воздушный шар он решил использовать как инструмент в своих исследованиях. 27 мая 1931 он и его ассистент П.Кипфер поднялись из Аугсбурга (Бавария) на высоту 15 787 м на стратостате с водородным наполнением и алюминиевой герметичной гондолой; это был первый в истории человечества полет в стратосферу. 17 августа следующего года он и М.Козинс установили новый рекорд, поднявшись из Цюриха (Швейцария) на высоту 16 940 м. В 1948 Пикар сконструировал батискаф и попытался спуститься в нем в глубины океана у островов Зеленого Мыса, но потерпел неудачу. Следующий батискаф, «Триест», он построил вместе с сыном Жаком; в 1953 они опустились на нем в Средиземном море на глубину 3150 м. Три года спустя О.Пикар в той же акватории опустился на 3810 м. 23 января 1960 «Триест» под управлением старшего лейтенанта ВМФ США Д.Уолша и с Жаком Пикаром на борту коснулся дна на глубине 10 900 м в Марианском желобе Тихого океана близ острова Гуам. Умер Огюст Пикар в Лозанне 24 марта 1962.
Жан Феликс Пикар преподавал в университетах Мюнхена, Лозанны, Чикаго, в 1926–1929 – в Массачусетском технологическом институте, а после 1936 – в Миннесотском университете. В 1934 он и его супруга поднялись на стратостате из Дирборна (шт. Мичиган) на высоту 17 550 м. Умер Жан Пикар в Миннеаполисе в 1963 в день своего 79-летия.

ПИЛАТР ДЕ РОЗЬЕ, ЖАН ФРАНСУА (Pilatre de Rozier, Jean Franois) (1756–1785), французский воздухоплаватель. Родился в 1756 в Меце (Франция). Служил хранителем научной коллекции короля Людовика XVI. Узнав, что в первый пилотируемый полет на аэростате братьев Монгольфье предполагается отправить двух человек, приговоренных к смертной казни, Пилатр де Розье выразил протест против того, что честь совершить такой полет достанется преступникам, и предложил себя в качестве пилота. По его просьбе маркиз д'Арланд ходатайствовал перед королем и выразил желание лично участвовать в подъеме вместе с Пилатром де Розье. Получив согласие Людовика, воздухоплаватели 15 октября 1783 поднялись на шаре, привязанном канатами к наземным опорам. Спустя год, 21 ноября 1783, был совершен первый полет на свободно парящем воздушном шаре, наполненном горячим воздухом: пилоты поднялись из Булонского леса, пролетели над Сеной и через 20 мин опустились на землю в 8200 м от места старта. 15 июня 1785 Пилатр де Розье и М.Ромэн на аэростате, состоявшем из двух баллонов: нижнего – с подогревом воздуха и верхнего – с водородом, попытались перелететь через Ла-Манш. Во время полета от искры под нижней оболочкой взорвался водородный баллон, и аэронавты погибли, упав с высоты 900 м на скалы у берегов Франции.

ПЛАНЕР, безмоторный летательный аппарат тяжелее воздуха. Планер держится в воздухе благодаря уравновешиванию действующей вниз силы тяжести подъемной силой, создаваемой восходящими потоками воздуха. Различают два режима полета планеров: планирование (скольжение) и парение. Планирование – это установившийся полет со снижением, который можно уподобить скатыванию санок или тележки на колесах вниз по склону. Парение – это использование подъемной силы, создаваемой воздушными потоками и поддерживающей летательный аппарат в воздухе.
Первые полеты человека с использованием летательного аппарата тяжелее воздуха были осуществлены на планерах. Эти летательные аппараты не имели ни кабины летчика, ни шасси. На некоторых планерах (как у братьев Райт) летчик лежал на платформе, тогда как на других (таких, как планер О.Лилиенталя) летчик висел на руках и управлял полетом движениями своего тела. После Первой мировой войны учебные планеры оборудовали рулями высоты, рулями направления и элеронами, позволившими летчику более эффективно управлять вертикальными, горизонтальными и поперечными движениями летательного аппарата. Но все же летчик по-прежнему располагался в кресле, не защищенном от воздушных потоков. Несколько позже появились такие устройства, как лобовое стекло, обтекатель кабины летчика и приборы.
Современные планеры. При проектировании планера необходимо удовлетворить противоречивым требованиям достижения высоких летно-технических характеристик, гарантированной прочности и низкой стоимости. Для изготовления планеров используются металлы, древесина, ткани, стекловолокно и их комбинации. В планерах-парителях, которые должны обладать самым высоким аэродинамическим совершенством, применяют стекловолокно и, в некоторых случаях, бальсовую древесину. Такой чрезвычайно прочный и легкий композит позволяет спроектировать парители с относительной дальностью планирования 40 (40 м перемещения вперед на 1 м потери высоты) и больше. Чем выше запланированные характеристики планера, тем более обтекаемыми должны быть его фюзеляж и кабина летчика и тем больше удлинение его крыла и поверхностей хвостового оперения. Практически все планеры-парители, на которых были достигнуты рекордные результаты, представляют собой шедевры с идеальным сочетанием достижений аэродинамики и прочности конструкций. Органы управления таких летательных аппаратов должны обеспечивать легкость управления и высокую маневренность.
Вместимость. Существуют одноместные и многоместные планеры и парители. Двухместные планеры используются в учебных целях и для полетов в зоне аэродрома. Летчик и его спутник размещаются друг за другом или рядом. В последнем случае упрощаются общение и наблюдение за приборами. Были построены также трех- и четырехместные планеры. В годы Второй мировой войны были разработаны и использовались еще более вместительные транспортные планеры, способные доставить десять (и более) полностью вооруженных солдат или соответствующий по весу груз на территорию противника.
Беспилотные планеры. Беспилотные планеры нашли применение в годы Второй мировой войны в виде планирующих бомб, сбрасываемых с самолетов на наземные или морские цели. В ряде случаев при этом осуществлялось дистанционное радионаведение на цель с помощью телевизионного или прямого визуального прицеливания. В других случаях использовались самонаведение или программируемые автопилоты. Также строились и испытывались в полете планеры, которые представляли собой экспериментальные модели самолетов большего размера с силовыми установками. Такие планеры предназначаются для исследования летно-технических характеристик в отсутствие возмущений, создаваемых тягой силовой установки, при существенно меньшей стоимости или аварийной опасности летных испытаний, что особенно важно в случаях испытаний нетрадиционных компоновок, а также при необычных скоростях или высотах полета.
Крылья. Некоторые из наиболее важных аэродинамических новшеств в конструкциях самолетов часто сначала проверяют на планерах. В качестве примера можно упомянуть экспериментальную проверку высокой эффективности крыла большого удлинения (т.е. крыла с большим значением отношения размаха крыла к его хорде). Другим примером является установление желательности поддержания плавного (ламинарного) обтекания поверхности крыла воздушным потоком. Путем экспериментов с планерами было установлено, что свободнонесущие крылья-монопланы имеют более высокие аэродинамические и прочностные характеристики, чем крылья с расчалками или крылья-полипланы. В конструкциях планеров использовались различные компоновки крыло – фюзеляж, такие, как низкоплан, среднеплан, высокоплан и парасоль (моноплан с крылом над фюзеляжем), а также многие компоновочные схемы, включая «утку». Наивысшие рекордные достижения принадлежат монопланам традиционной схемы со среднерасположенными или высокорасположенными крылом и хвостовым оперением.
Крыло с высокими несущими свойствами обычно имеет один лонжерон, воспринимающий изгибающие усилия, и D-образный носок для компенсации крутящего момента; его усиливают несколькими нервюрами, предохраняющими поверхность крыла от коробления. Крылья, изготавливаемые из авиационной фанеры, были доведены до высокой степени аэродинамического совершенства. Позднее была создана легкая и прочная цельнометаллическая конструкция крыла планера, однако обычно более предпочтительной считается матерчатая обшивка участка крыла за несущим лонжероном. Органы управления планеров, такие, как рули направления, рули высоты и элероны, практически те же, что и на легких моторных самолетах, за исключением того, что рули направления и элероны увеличены соответственно большему размаху крыла планера. Выполняющее функции рулей высоты и направления V-образное хвостовое оперение с успехом использовалось на планерах-парителях. На некоторых планерах применяются посадочные щитки, однако большее распространение нашли интерцепторы, устанавливаемые только на верхней поверхности или на обеих поверхностях сужающейся части крыла. Интерцепторы играют роль воздушного тормоза, который прерывает плавное течение воздуха около поверхности крыла с целью увеличения скорости снижения при посадке или для резкого уменьшения высоты.
Система управления. Управление рулем направления планера обычно осуществляют с помощью педалей (ножное управление), а управление рулем высоты и элеронами – с помощью ручки управления (ручное управление), однако в ряде случаев использовались и другие, менее традиционные способы. Команды управления передаются на рулевые поверхности с помощью тросов, штоков или трубчатых валов. Некоторые планеры загружают балластом воды для улучшения летно-технических характеристик и оборудуют щитками, которые позволяют изменять профиль и площадь крыла во время полета (перед посадкой балласт сливают). Много изобретений было связано с разработкой усовершенствованных быстродействующих соединительных штуцеров и разъемов в системах управления, а также конструкций крыла и хвостового оперения.
Фюзеляж и посадочное устройство. Конструкции фюзеляжей весьма разнообразны и изменяются от коробчатого типа до изощренных хорошо обтекаемых форм. Некоторые утилитарные планеры оборудованы обычным двухколесным шасси, однако на большинстве планеров-парителей устанавливают лишь одно колесо, которое располагают вблизи центра тяжести под фюзеляжем. Окантовки на концах крыльев позволяют планеру опереться одним крылом на землю после того, как он остановится под действием тормозного устройства на колесе и опустится на нос или полоз в передней части фюзеляжа. Центральное колесо может быть частично убираемым. Рекордные планеры, снабженные только посадочной лыжей, обычно помещают на сбрасываемую вспомогательную тележку, с помощью которой осуществляется взлет.
Приборы. Кроме обычных самолетных приборов, таких, как высотометр, указатель воздушной скорости, указатели поворота и скольжения и компас, которыми, как правило, снабжают все планеры, а также систем радиосвязи, которыми оборудуют некоторые планеры, разработаны некоторые специальные приборы. Это, например, высокочувствительный измеритель вертикальной скорости (вариометр) и барограф, регистрирующий высоту полета. Испытывались в полете и анализаторы малых разностей температур. Такие анализаторы представляют собой комплект бортовых приборов, которые позволяют летчику определять разность температур (если таковая имеется) на концах крыльев. Используя эти показания, летчик может выявить восходящие токи нагретого воздуха и использовать их для набора высоты. Высотные планеры-парители оборудуются кислородно-дыхательными системами. На планерах военного назначения устанавливают приборы, облегчающие буксировку в условиях отсутствия видимости (ночью или в облаках). Были созданы также средства для быстрой посадки и высадки войск, загрузки и выгрузки артиллерии, транспортных средств и других грузов.
Взлет. Разработаны специальные методы эксплуатации планеров. Демонтированный планер транспортируется по земле на специальном трейлере. Взлет планера можно осуществить разными способами.
На плоской и ровной площадке планер может быстро набрать высоту от 150 до 600 м, если его буксируют автомобилем или тянущей лебедкой. Затем летчик освобождается от буксирного каната, открывая механический замок на буксирном крюке. На коротких взлетных дорожках буксирный автомобиль может быть оборудован системой блоков, через которые пропускают буксирный канат, что позволяет буксировать планер со скоростью, значительно более высокой, чем скорость автомобиля. Планеры на поплавках или с фюзеляжем-лодкой могут взлетать с поверхности водоема, но для этого нужно иметь достаточно мощный буксирный катер.
Полет на буксире. В последнее время взлет планера осуществляют, как правило, путем его буксировки легким одномоторным самолетом. Обычно буксируют один планер, однако также применяют буксировку двух, трех или четырех планеров для показа на выставках, перелетов на большие расстояния или в военных целях. Перелеты на большие расстояния могут осуществляться планерами как над сушей, так и над водой.
Для буксирных фалов используются пеньковые канаты, стальные тросы, кабели или найлоновые канаты. Длина буксирного фала составляет 50–150 м. Летчик буксируемого планера предпочитает лететь немного выше или немного ниже самолета-буксировщика, чтобы не попадать в его турбулентный след, и сохранять постоянное натяжение троса. При повороте летчик следует за лидером, повторяя его маневры. Буксирный канат крепится в хвостовой части самолета с учетом требований безопасности от нагрузок, возникающих при буксировке. Пилот планера может отстегнуть свой конец троса, если он захочет продолжить полет самостоятельно.
Моторные планеры. Некоторые планеры снабжены небольшим вспомогательным двигателем, который они используют для самостоятельного взлета. Вспомогательный двигатель может служить не только для взлета, но и для перелета через область с неблагоприятными атмосферными условиями, а также в аварийных ситуациях. После взлета двигатель выключают, а на некоторых планерах его убирают внутрь фюзеляжа. На других планерах с двигателем, расположенным внутри фюзеляжа, винт «флюгирует», чтобы уменьшить сопротивление воздуха. Двигатель можно включить и на конечном участке, чтобы планер смог долететь до аэродрома. В целом, планерные двигатели расходуют очень мало топлива. Обычно на планеры ставят винтовые двигатели, однако проводились экспериментальные полеты с использованием ракетного двигателя.
Парение. Ранней формой планерного спорта было скольжение с вершины горы в долину. При таком скольжении в спокойном воздухе планер теряет высоту со скоростью, которая находится в такой же пропорции с горизонтальной скоростью полета, как и отношение силы сопротивления к подъемной силе. В противоположность скольжению вниз парение является искусством сохранять или даже набирать высоту в отсутствие тяги двигателя посредством умелого использования энергии ветра и восходящих потоков воздуха. Существует ряд методов использования ветра для парения, из которых парение над склоном горы является наиболее простым. Восходящие потоки воздуха над склоном горы или отвесным берегом могут долго удерживать планер в воздухе, если его скорость снижения в спокойном воздухе сравнима со скоростью подъема воздушных масс. (Парение птиц объясняется этим эффектом.) Парящий планер можно направить навстречу ветру; он может также лететь зигзагообразно вдоль наветренного склона, преодолевая при этом большие расстояния. Восходящие потоки воздуха могут простираться до высот, в несколько раз превышающих высоту препятствия, и начинаться довольно далеко от наветренного склона.
Восходящие потоки воздуха часто возникают и в атмосфере. Они появляются, например, при неравномерном нагревании земной поверхности (термики, или термические токи). В таком потоке парящий планер или птица могут описывать круги и спирали без потери или даже с набором высоты. Если поднимающийся воздух влажный, то в нем образуются облака. Типичным признаком восходящего термического тока являются кучевые облака над равнинной местностью. Мощные восходящие потоки воздуха возникают на фронте урагана или грозы. Эти потоки иногда используют для подъема планеров на большие высоты и перелетов на большие расстояния. Однако такие полеты чрезвычайно рискованны вследствие сильной турбулентности, льдообразования и града, которые обычно сопровождают бурю или грозу. На больших высотах, особенно над подветренным склоном горы, ветер может создать огромные циркуляционные зоны, в которых восходящие токи иногда обнаруживаются по характерным чечевицеобразным облакам, выпуклым сверху и снизу. Некоторые из этих облаков выстраиваются в регулярную шеренгу, приглашая опытного планериста совершить прогулку по воздушным волнам.
Полет на планере над пересеченной местностью является наиболее сложным видом планерного спорта. Совершая полет на дальность или перелет в назначенное место, планерист использует в полете все полезные для него воздушные потоки, встречающиеся на пути: ветры, возникающие над склонами гор, термики, обусловленные рельефом местности или неустойчивостью атмосферы, дорожки облаков, фронтальные поверхности и ветровые волны. Иногда летчик парит, перемещаясь то вперед, то назад до тех пор, пока не встретит увенчанный облаком термик, простирающийся вдоль его маршрута и позволяющий набрать высоту. Он может использовать этот поток для подъема на большую высоту и затем планировать вниз до встречи со следующим термиком. Бывает (особенно поздно вечером), что, когда летчик считает уже неизбежной незапланированную посадку вследствие потери высоты, около земли ему вдруг встретится термик, который снова вознесет планер на высоту. Захватывающий полет такого рода требует не только высокой техники пилотирования, но и мастерства навигации и глубокого понимания метеорологических явлений. В настоящее время планеристы достигают высот порядка 18 км, используя герметические кабины или высотные скафандры.
Дельтапланеризм. Широкое распространение получили очень легкие летательные аппараты, подобные бумажному змею, на которых человек может осуществлять взлет и посадку самостоятельно, без использования каких-либо дополнительных средств и приспособлений. На таком планере достигнуты высоты более 3,5 км. Летчик, висящий на привязных ремнях, управляет дельтапланом посредством перемещения своего тела, как это делали первые летчики.
Исследовательская работа. Парящие планеры с успехом используются для исследования метеорологических явлений. Вследствие отсутствия вибраций от силовой установки эти летательные аппараты представляют собой идеальные платформы для установки на них метеорологических приборов. Об использовании планеров для исследования проблем аэродинамики упоминалось выше.
Маневры. Практически все фигуры высшего пилотажа, совершаемые моторными самолетами, были выполнены на безмоторных планерах. Это петли, бочки, полет в перевернутом положении, штопор; все они являются составными частями набора фигур, демонстрируемых в показательных полетах планеристами. Планеры с интерцепторами могут садиться на колесо или центральную лыжу с высокой точностью приземления на небольшие площадки. В соревнованиях на точность приземления победители обычно приземляются в ~30 см от контрольного флажка. Точность пилотирования планера требует хорошей выучки и богатой практики.
Обучение. Для обучения пилотов используют двухместный планер, в котором инструктор сидит вместе с учеником и объясняет ему все действия, совершаемые при буксировке, свободном полете и посадке, включая выход из аварийных ситуаций. Он также наблюдает за поведением ученика и исправляет его ошибки. Практический опыт, приобретаемый планеристом, является гарантией успеха в обучении искусству пилотирования самолета и предпосылкой для совершенствования в любой другой области авиации.
Соревнования. По планерному спорту проводятся международные, национальные, региональные и местные соревнования. Первые планерные состязания состоялись в Германии в 1920. Первые Всесоюзные планерные испытания (состязания) были проведены в 1923 в Коктебеле. Первый чемпионат мира по планерному спорту был проведен в Германии в 1937. См. также АВИАЦИОННО-КОСМИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ; ПОЛЕТА ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА.

ЛИТЕРАТУРА
Шереметев Б.Н. Планеры. М., 1959
Замятин В.М. Планеры и планеризм. М., 1974
Костенко И.К. Летающие крылья. М., 1985
Красильщиков А.П. Планеры СССР. М., 1991

ПЛАНЕТАРИЙ – оптический прибор для проекции на внутреннюю поверхность полусферического купола изображений звезд, планет, солнца, луны и других небесных объектов с соблюдением их относительной яркости, положения и движения. Планетарий показывает картину неба при наблюдении из любой точки на Земле в любой момент как в прошлом, так и в будущем. Планетарием называют также комнату или здание, в котором установлен этот проектор. Планетарии используются в астрономическом образовании и существенно помогают в популяризации космических исследований.
Первые аппараты. С давних пор люди пытаются моделировать относительное положение небесных тел. Одним из способов было нанесение положений звезд и созвездий на внешнюю поверхность глобуса. Изобретение небесного глобуса приписывают досократовскому философу Анаксимандру (6 в. до н.э.), а греческому геометру Эратосфену (ок. 250 до н.э.) приписывают изобретение армиллярной сферы – конструкции из нескольких колец, демонстрирующей основные линии небесной сферы. Подобные приборы были независимо усовершенствованы исламскими и китайскими астрономами. См. АСТРОНОМИЯ И АСТРОФИЗИКА.
Общей чертой этих приборов было то, что они представляли небо, как бы наблюдаемое снаружи. Чтобы преодолеть этот недостаток, между 1650 и 1654 под руководством немецкого ученого Адама Олеария (1603–1671) был изготовлен Готторпский глобус, внутри которого могло разместиться несколько человек. Последнюю попытку изобразить небесные объекты на внутренней поверхности сферы предпринял в 1912 У.Атвуд из Чикагской академии наук.
Аппараты для демонстрации видимого движения небесных тел имеют почти столь же долгую историю. Древнейший среди известных – так называемый механизм Антикитера – подняли в 1901 со дна Средиземного моря ныряльщики за губками. Этот поразительно сложный календарь и счетный механизм был создан ок. 87 до н.э. Отметим также построенные между 1348 и 1364 Дж.Донди семициферблатные астрономические часы – астрариум, изображавшие все известные тогда тела Солнечной системы. Вслед за теорией Коперника появился новый тип механических приборов, изображавший орбиты планет вокруг центрального Солнца. Планетарий Х.Гюйгенса, созданный в 1682, ознаменовал новый уровень точности, связанный с применением принципа непрерывных дробей. А механизм, построенный (ок. 1712) для Ч.Бойли, графа Оррери, дал свое имя «орарий» (orrery) всем последующим подобным механическим устройствам. В России механические модели Солнечной системы называют коперниканскими планетариями.
Аппарат Цейса. Основная заслуга в рождении проекционного планетария принадлежит О.Миллеру (1855–1934), основателю и первому президенту Немецкого музея в Мюнхене. Развивая свою общую концепцию экспозиции, он решил создать учебные пособия для демонстрации справедливости научных теорий, но этот проект прервала Первая мировая война. В 1919 сотрудник предприятия «Карл Цейс» В.Бауэрсфельд, развивая идеи О.Миллера, предложил сделать сферу полого небесного глобуса неподвижной, а ее внутреннюю белую поверхность использовать как экран для множества небольших проекторов, расположенных в центре сферы.
Примерно через пять лет работы в Мюнхене был установлен первый проектор «Модель I», прозванный «чудом из Йены». Представленный публике 21 октября 1923, этот прибор служил многофункциональным «волшебным фонарем», т.е. слайд-проектором. Лампа накаливания помещалась в центре звездного проектора диаметром 0,5 м. На его сферической поверхности размещался 31 простой проектор, и в фокусе каждого из них была металлическая пластинка с отверстиями, относительное положение и размер которых соответствовал положению и яркости звезд, видимых невооруженным глазом на определенном участке неба. В целом картина представляла вид всего звездного неба, за исключением области вблизи южного полюса мира. Вращаясь вокруг полярной оси, «Модель I» демонстрировала суточное движение неба. Отдельная ось позволяла моделировать явление прецессии, представляющее движение земной оси с периодом 26 тыс. лет и приводящее к смещению полярных звезд и точек равноденствия и солнцестояния.
Чтобы правильно воспроизвести относительные скорости Солнца, Луны и планет так, как они наблюдаются с Земли, для каждого из этих светил использовался двойной оптический проектор, перемещаемый системой шестеренок. При этом точно имитировалось попятное движение планет, казавшееся необъяснимым звездочетам древности. Все видимые невооруженным глазом небесные явления, включая фазы Луны в течение их месячного цикла, воспроизводились минута за минутой.
Первый проекционный планетарий не мог показать эффект изменения широты места наблюдения. Чтобы исправить этот недостаток, сотрудник фирмы Цейса В.Филлигер разделил шар звездного проектора на два полушария: одно для северных звезд, другое – для южных, и разместил устройства для проекции планет между разделенными полусферами. Получившаяся «Модель II» планетария Цейса (1926) стала универсальным учебным прибором. До Второй мировой войны около двух десятков таких планетариев было установлено в Европе и США.
Аппарат Спитца. Высокая цена «Модели II» планетария Цейса (около 75 тыс. долл. США в 1930) существенно ограничивала их количество в мире. В 1947 А.Спитц, лектор и руководитель планетария Фельца в Филадельфии, предложил упрощенную конструкцию дырочного проектора, что снизило цену аппарата до 500 долл. и сделало его доступным значительно большему кругу покупателей – школам, университетам, музеям. Прибор Спитца, напоминавший «Модель I» Цейса, представлял собой додекаэдр, в 12 гранях которого были отверстия для проекции нескольких сотен ярчайших звезд.
После запуска Советским Сююзом первого спутника 4 октября 1957 и подъема общественного интереса к космическим исследованиям предприятие Спитца выпустило новый, более сложный проектор модели A3P, ставший наиболее массовым аппаратом планетария в мире. См. также КОСМОСА ИССЛЕДОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ; КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЕТЫ ПИЛОТИРУЕМЫЕ.
Аппарат «Диджистар». Аппарат совершенно нового типа «Диджистар» был установлен в Универсальном планетарии Ричмонда (шт. Виргиния) в 1983. Аппарат не имеет движущихся частей. Численные данные примерно о 6800 звездах записаны в памяти микрокомпьютера VAX. Графический процессор отображает данные на телевизионной трубке высокой яркости. С нее изображения звезд объективом «рыбий глаз» проецируются на купол. «Диджистар» позволяет зрителям как бы покинуть Землю и рассматривать звездное небо с точки зрения наших соседей, удаленных вплоть до 650 св. лет. «Ускоряя время», можно увидеть перемещение звезд за счет их собственного движения. Разумеется, «Диджистар» может демонстрировать и все стандартные эффекты, доступные его предшественникам.
«Атмосфериум». Планетарии Цейса, Спитца и «Диджистар» показывают ночное небо. Попытка зафиксировать и показать атмосферные феномены дневного неба впервые была предпринята в 1963 в Институте исследования пустынь университета шт. Невада. Геофизик В.Морди создал аппарат «Атмосфериум» сначала как исследовательский прибор, способный с помощью объектива «рыбий глаз» зафиксировать на 35-мм пленку изображение неба и затем продемонстрировать его на куполе. Иллюзия пребывания под открытым небом оказалась настолько сильной, что этот метод стали использовать для съемки видеофильмов. Например, одна из таких камер была установлена в грузовом отсеке КК «Шаттл» и снимала работу астронавтов в открытом космосе.
Прибор для развлечения, образования и исследований. Планетарий используется теперь не только для учебных целей. В 1970-х годах крупные планетарии при создании школьных и публичных программ стали применять не только живой рассказ, но также музыкальные и дикторские записи и различные спецэффекты. Эта техника позволяет дать зрителю более насыщенный визуальный ряд в сопровождении более профессионального и содержательного текста. С появлением компьютеров сеансы становятся все более автоматизированными. К середине 1990-х годов планетарии превратились в мультимедийные театры, которые развлекают и обучают своих посетителей. В планетариях также многие военные специалисты и астронавты обучаются астронавигации, а биологи исследуют способность птиц во время перелетов ориентироваться по звездам.

ПОЛЕТА ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА, совокупность прикладных знаний, позволяющих авиационным инженерам на занятий в области аэродинамики, проблем прочности, двигателестроения и динамики полета летательных аппаратов (т.е. теории) создать новый летательный аппарат или улучшить характеристики существующего. В данной статье иллюстрируется применение теории и практики полета к проблемам создания наиболее распространенного летательного аппарата, а именно – самолета. Теоретические основы обсуждаемых проблем изложены в статьях АЭРОДИНАМИКА и АВИАЦИОННАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА . Дополнительная информация о современном состоянии проблемы содержится в статьях АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ КОНСТРУИРОВАНИЕ; АВИАЦИОННЫЕ БОРТОВЫЕ ПРИБОРЫ; САМОЛЕТ; ВЕРТОЛЕТ; САМОЛЕТ ПРЕОБРАЗУЕМЫЙ .

ПРАКТИЧЕСКАЯ АЭРОДИНАМИКА

Достижения братьев Райт. Чтобы совершить полет, необходимо решить две проблемы – боковой управляемости летательного аппарата и сваливания и штопора. Выдающимся достижением братьев Райт является их вклад в изучение этих проблем и создание первой эффективной системы аэродинамических органов управления полетом летательного аппарата, включающей носовой руль высоты для управления продольным движением, изгиб концов крыла для поперечного управления и хвостовой руль для путевого управления. На рис. 1 показаны аэродинамические органы управления, примененные на первых бипланах братьев Райт, и соответствующие аэродинамические органы управления современного самолета. В обоих случаях органы управления служат для создания моментов аэродинамических сил (каждый момент вызывает поворот летательного аппарата вокруг оси тангажа, крена или рыскания).
Еще более важным достижением, чем концепция аэродинамического управления движением летательного аппарата относительно трех пространственных осей (которая, разумеется, была понятна и другим пионерам самолетостроения), стало выяснение братьями Райт роли взаимодействия между органами управления по крену и рысканию в начале и в конце маневра разворота и характера самого этого маневра. Если желательно изменить курс движения самолета в горизонтальной плоскости, то следует накренить самолет, повернув его вокруг продольной оси; при этом у подъемной силы крыла – самой большой аэродинамической силы – появится горизонтальная составляющая, которая будет создавать желаемое ускорение самолета в горизонтальной плоскости. Если изгибать крылья (или отклонять элероны) для создания движения по крену, то возникающий при этом момент рыскания будет уводить самолет в направлении, противоположном желаемому направлению поворота (рис. 2). Чтобы парировать этот эффект, необходимо отклонить руль направления и тем самым устранить т.н. «рыскание при отклонении элеронов». (Этот неблагоприятный момент рыскания является неотъемлемым свойством аэродинамики дозвукового крыла; он возникает при любом способе, используемом для создания движения крена.) Полученный в 1905 братьями Райт патент содержал формулировку этого принципиального эффекта и предложение по его компенсации посредством совместного одновременного управления изгибом концов крыла и рулем направления. Позже братья Райт отказались от этого способа и заменили его более универсальным устройством раздельного управления по крену и рысканию с помощью рычагов.
Осознание взаимосвязи движений по крену и рысканию явилось началом развития механики полета. Важно то, что эта взаимосвязь была выявлена братьями Райт в натурных летных испытаниях. В противоположность этому подходу, другие пионеры авиации придерживались той точки зрения, что самолет должен быть устойчивым сам по себе, и считали, что он, подобно лодке на воде, будет легко управляться рулем направления, а органы управления по крену если и нужны, то только для поддержания «поперечного равновесия». В Европе это мнение превалировало почти до начала Первой мировой войны, что привело к созданию органов управления, которые имели неудовлетворительные летные характеристики.
Скорость сваливания. Аэродинамическую силу, действующую на жесткое крыло, обычно разделяют на подъемную силу и лобовое сопротивление (сопротивление воздуха движению самолета), которые пропорциональны плотности воздуха и квадрату скорости полета при фиксированном угле атаки. При постоянной скорости полета подъемная сила и лобовое сопротивление плавно увеличиваются с возрастанием угла атаки до некоторого значения, называемого углом атаки начала сваливания (срыва) или критическим углом атаки (рис. 3). При этом угле атаки происходит перестройка структуры течения над верхней поверхностью крыла, в результате чего плавное течение нарушается и возникает вихревое течение; при дальнейшем возрастании угла атаки подъемная сила перестает увеличиваться, и резко возрастает лобовое сопротивление. Если самолет замедляет движение, то для сохранения подъемной силы, компенсирующей его вес, необходимо увеличивать угол атаки. Таким образом, при некоторой достаточно малой скорости полета, называемой скоростью сваливания, угол атаки достигает критического значения, и самолет становится неуправляемым. Скорость сваливания при выполнении разворота или в полете с маневрированием оказывается несколько больше, чем в прямолинейном установившемся полете, так как для выполнения маневра требуется, чтобы подъемная сила превышала вес самолета.
Со сваливанием братья Райт впервые столкнулись в 1905, и эта проблема была воспринята ими с большой тревогой. Они разработали технику пилотирования, позволяющую вывести самолет из режима сваливания, для чего нужно было быстро уменьшить угол атаки, опуская нос самолета вниз с помощью руля высоты. Эта методика вполне очевидна, но на многих самолетах сваливание развивалось очень быстро и асимметрично, особенно при полете с разворотом, когда самолет накреняется и «входит в штопор», как показано на рис. 4. В режиме штопора самолет движется с опущенным вниз носом, но угол атаки все равно остается большим вследствие того, что самолет быстро падает вниз. В этих условиях казалось неестественным требовать опустить нос еще ниже, в частности потому, что самолет и так быстро теряет высоту. Тем не менее оказалось, что это действие необходимо для восстановления управляемости. Братья Райт, по-видимому, никогда не попадали в режим развитого штопора, научившись предвидеть сваливание и, развив в себе «чувство контакта с самолетом», немедленно предпринимали действия, предотвращающие сваливание. Другие первые авиаторы оказались не столь удачливыми, и многие из них погибли в авариях, вызванных сваливанием и штопором, пока в 1911–1912 в Европе тоже не были разработаны методы пилотирования, позволявшие вывести самолет из штопора. Инциденты, связанные со сваливанием и штопором, по-прежнему остаются серьезной проблемой безопасности полета. В особенности это касается эксплуатации легких небольших самолетов, хотя при наличии большого плеча для силы, создаваемой вертикальным хвостовым оперением, и строительной крутки крыла (рис. 5) современные самолеты обладают лучшей управляемостью при сваливании, чем самолеты начала 20 в.
Удлинение крыла. Чтобы повысить аэродинамическое качество дозвукового самолета, нужно при постоянной подъемной силе уменьшить лобовое сопротивление крыла, которое тем меньше, чем больше отношение размаха крыла к его средней хорде. Это отношение называется удлинением крыла. Крылья большого удлинения были впервые созданы в Германии в 1920-х годах. Л.Прандтль и его сотрудники разработали теорию, а Г.Юнкерс, А.Фоккер и Г.Вагнер построили такие крылья. Было важно также уменьшить «вредное» сопротивление, создаваемое ненесущими элементами – фюзеляжем, хвостовым оперением, силовой установкой, посадочным шасси и внешними устройствами. Аэродинамически «чистые» самолеты впервые были созданы в США.
Крейсерская скорость. Чем больше площадь и размах крыла самолета заданного веса, тем меньше его посадочная скорость и скорость отрыва при взлете вследствие уменьшения величины скорости сваливания. Чем меньше скорости взлета и посадки, тем меньше дистанции разбега при взлете и торможения при посадке. Однако чем меньше скорости взлета и посадки, тем меньше наиболее эффективная скорость крейсерского полета. Выручает то, что плотность воздуха в атмосфере уменьшается с увеличением высоты, и вследствие этого скорость сваливания и оптимальная крейсерская скорость увеличиваются обратно пропорционально квадратному корню из плотности. Например, на высоте 12 км плотность воздуха в 4 раза меньше, чем на уровне моря, и, следовательно, скорость сваливания и оптимальная крейсерская скорость в два раза больше, чем на уровне моря.
Высотное регулирование двигателя. Из сказанного выше следует, что самолеты с малыми скоростями взлета и посадки могут летать эффективно с большими скоростями только на больших высотах. Однако мощность двигателя, необходимая для поддержания установившегося горизонтального полета, увеличивается пропорционально скорости и обратно пропорционально квадратному корню из плотности воздуха при увеличении высоты полета. В то же время мощность воздушно-реактивного двигателя изменяется пропорционально плотности воздуха. Следовательно, чтобы осуществить экономичный высокоскоростной полет на больших высотах, потребуется двигатель с «переразмеренными» воздухозаборниками, который на малых высотах работает в режиме дросселирования. Это позволяет ослабить требования к характеристикам прочности двигателя и снизить его вес.
Средства механизации крыла. Скорость сваливания самолета можно несколько уменьшить с помощью закрылков, устанавливаемых вдоль задней кромки крыла. При отклонении закрылков уменьшается угол атаки крыла в полете с малыми скоростями; при этом летчик может лучше видеть место предполагаемой посадки. Закрылки также увеличивают силу аэродинамического сопротивления самолета и в значительной степени гасят тенденцию самолета снова взмыть вверх после первого касания земли («дать козла», как говорят летчики). Рис. 6 иллюстрирует применение закрылков при посадке самолета.
Пружинный сервокомпенсатор. Система управления полетом должна быть такой, чтобы пилот мог управлять самолетом с помощью одной руки, используя другую для настройки бортовой радиостанции, регулирования мощности двигателя или выполнения каких-либо других операций. Желательно, чтобы пилоту не нужно было прилагать усилия свыше 0,25 кН на расстояниях не более ~45 см. Сила давления на педаль не должна превышать 0,80 кН, а ход педали – 25 см. Эти условия должны быть выполнены для того, чтобы работа летчика не была физически утомительной, хотя сила, необходимая для отклонения элерона, увеличивается пропорционально квадрату скорости полета и третьей степени размаха крыла. Кроме того, сила, приложенная к рулю высоты при выполнении какого-либо маневра, может возрастать пропорционально третьей или четвертой степени длины фюзеляжа (массе самолета). Сила давления на педаль руля направления также пропорциональна третьей или четвертой степени размаха крыла. Таким образом, летчику не по силам управлять самолетом без вспомогательных устройств. На рис. 7 показано типичное аэродинамическое устройство, позволяющее умерить управляющие усилия летчика. Ручка управления, находящаяся в пилотской кабине, связана с рулями высоты посредством сервокомпенсаторов и пружин (последние используются при небольших скоростях полета). Сервокомпенсаторы этого типа были разработаны А.Флетнером (1885–1961) в Германии. Они успешно применялись на дозвуковых самолетах, масса которых достигала 150 т.
Руль высоты в виде закрылка. При дозвуковых скоростях полета руль высоты, подвешенный на шарнирах к задней балке горизонтального стабилизатора, весьма эффективен, так как при его отклонении на стабилизаторе появляется дополнительная управляющая сила (рис. 8). Однако при трансзвуковых и сверхзвуковых скоростях полета его эффективность снижается.
Органы управления полетом при сверхзвуковых скоростях. Для самолетов нормальной схемы также характерен существенный сдвиг аэродинамического фокуса (центра давления) при переходе от дозвуковых к трансзвуковым и сверхзвуковым скоростям полета. Эти два обстоятельства стали причиной аварий ряда первых трансзвуковых самолетов вследствие их резкого затягивания в пикирование (термин «звуковой барьер» связан с этим опасным явлением ухудшения характеристик устойчивости и управляемости при околозвуковых скоростях полета). Впервые звуковой барьер был преодолен на экспериментальном самолете «Белл» X-1 в 1946. Этот самолет был оборудован регулируемым по углам атаки стабилизатором, который сохранял свою эффективность при трансзвуковых и сверхзвуковых скоростях полета. Такие регулируемые органы управления используются в настоящее время на всех трансзвуковых и сверхзвуковых самолетах. Применение гидроусилителей для позиционирования органов управления позволило решить проблему управляемости трансзвуковых и сверхзвуковых самолетов с рулями высоты в виде закрылков, элеронами и рулем направления традиционной схемы.
Сверхзвуковые компоновки. Аэродинамическое качество самолета существенно снижается при переходе от дозвуковой скорости полета к сверхзвуковой вследствие появления волнового сопротивления. Волновое сопротивление связано с появлением ударных волн, вызывающих перераспределение давления в поле течения около самолета; их интенсивность можно уменьшить только посредством перераспределения объема самолета (фактически – площади поперечного сечения) вдоль продольной оси, чтобы увеличить, насколько возможно, длину самолета и обеспечить гладкость распределения площадей поперечных сечений. Поэтому сверхзвуковые самолеты имеют большую относительную длину, но сплющенную форму (чтобы обеспечить приемлемые аэродинамические характеристики для дозвукового полета) и бльшую площадь поверхности, чем дозвуковые самолеты тех же массы и объема. Таким образом, полное аэродинамическое сопротивление сверхзвукового самолета, складывающееся из сопротивления трения, волнового и индуктивного сопротивлений, больше, чем полное аэродинамическое сопротивление дозвукового самолета тех же массы и объема. Поэтому аэродинамическое качество сверхзвукового самолета хуже, чем у дозвукового. Единственным важным преимуществом сверхзвукового самолета является высокая скорость полета, что особенно важно для военной авиации.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМ ПРОЧНОСТИ
Проблемы прочности самолета связаны с необходимостью минимизации массы конструкции, хотя она и подвергается воздействию больших нагрузок. Для характеристики этих нагрузок используют параметр, называемый «коэффициентом перегрузки», нормирующим параметром которого является максимальная взлетная масса самолета (расчетный полный вес). Величина этого коэффициента зависит от типа самолета; она составляет около 3 для пассажирских самолетов и бомбардировщиков и увеличивается до 8 для истребителей и учебно-тренировочных самолетов. У самолетов хорошей компоновки вес несущей (силовой) конструкции может составлять около одной четверти от расчетного полного веса.
Флаттер. Несущая конструкция должна быть не только прочной, но и достаточно жесткой. В случае податливой конструкции увеличение нагрузки, обусловленной подъемной силой, может вызвать такую деформацию крыла, которая эквивалентна увеличению угла атаки с соответствующим увеличением подъемной силы и т.д., вплоть до разрушения конструкции. Недостаточная жесткость конструкции может стать причиной возникновения специфических крутильных колебаний – флаттера (рис. 9). При флаттере крылья самолета совершают машущие движения, подобные взмахам крыльев летящей птицы. Существует определенная взаимозависимость между крутильными и изгибными деформациями крыла, вызванными аэродинамическими нагрузками, и энергия воздушного потока при флаттере может вызвать нарастание крутильно-изгибных колебаний, которые в конце концов приводят к разрушению конструкции. Флаттер может также возникать в виде машущих движений несущих поверхностей рулей, изгибных колебаний фюзеляжа и знакопеременных деформаций других элементов конструкции летательного аппарата.
Бипланы. Первым самолетом, поднявшимся в воздух, был биплан, или «этажерка», как его еще называли за внешний вид. Биплан – не только прочная, но и достаточно жесткая конструкция. Его крылья подкреплялись с помощью элементов, работающих на сжатие, таких, как деревянные стойки, подкосы и лонжероны, и элементов, работающих на растяжение, – расчалок из стальных струн и тросов. Деревянные нервюры закрывались материей, пропитанной лаком. Главным дефектом биплана является высокое лобовое сопротивление, которое создают многочисленные распорки и расчалки и крылья большой площади.
Первые монопланы. Уже первые расчалочные монопланы были более совершенны с аэродинамической точки зрения, чем бипланы. Однако вследствие менее жесткой конструкции они нередко терпели аварии, вызванные неустойчивостью крутильно-изгибных колебаний и флаттером. В ходе Первой мировой войны по этим причинам от применения монопланов отказались.
Современные монопланы. В результате развития науки о прочности были разработаны конструкции (рис. 10), позволившие создать жесткий моноплан с высокими аэродинамическими характеристиками. В этой конструкции жесткость крыла на кручение обеспечивается кессонной конструкцией, состоящей из продольных лонжеронов со стенками, работающими на срез, и обшивки крыла между лонжеронами. Частоты собственных крутильных колебаний таких конструкций велики по сравнению с частотами изгибных колебаний, так что критическая для возникновения флаттера скорость значительно превышает скорости, развиваемые такими летательными аппаратами.
Обшивка и стенки лонжеронов на первых монопланах новой конструкции изготавливались из авиационной фанеры, а сами лонжероны – из деревянного бруса путем склейки. Эта же технология применялась для создания монококовых фюзеляжей. Клееные конструкции оказались довольно ненадежными, так как они исключали возможность технического контроля качества склейки. Кроме того, деревянные конструкции подвержены гниению и порче насекомыми. По этим причинам несущие элементы обшивки самолетов стали изготавливать из алюминиевых листов.
Эти листы должны быть очень тонкими из соображений экономии веса, однако тонкие неподкрепленные панели обшивки коробятся под действием нагрузки, искажая требуемую аэродинамикой форму поверхности и приводя к разрушению конструкции в случае нарастания неустойчивости. Чтобы воспрепятствовать короблению, панель обшивки можно усилить различными средствами. Можно подкрепить обшивку в отдельных местах внутренними элементами жесткости или использовать многослойную обшивку (рис. 11).
Сверхзвуковой самолет. При высоких скоростях полета, развиваемых сверхзвуковыми самолетами, температура обшивки повышается вследствие аэродинамического нагревания, и соответственно снижается ее прочность. Вследствие этого алюминиевые сплавы непригодны для изготовления сверхзвуковых самолетов с M і 2, и вместо них используют сплавы на основе никеля или титана. Еще одной серьезной проблемой прочности конструкции сверхзвукового самолета является необходимость использования тонких и удлиненных в направлении полета форм, которые, как упоминалось выше, требуются для уменьшения волнового сопротивления.

АВИАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ

Спиральная неустойчивость. В отличие от лодки или автомобиля самолет, предоставленный самому себе, не будет выдерживать сколь-нибудь долго свой курс. Если атмосферное возмущение (например, вызванный тепловой конвекцией восходящий поток воздуха) немного накренит самолет на правое крыло, то он начнет разворачиваться вправо. Это движение по кривой разворота будет увеличивать относительную скорость движения и подъемную силу на левом крыле и уменьшать их на правом крыле, вследствие чего самолет еще более накренится на правое крыло и будет разворачиваться еще быстрее. Это явление называется спиральной неустойчивостью. Однако скорость нарастания спиральной неустойчивости мала, и летчик без труда контролирует это движение в условиях хорошей видимости ориентиров.
В отсутствие видимости, например при полете в густом тумане или в сплошной облачности, летчик не сможет контролировать возникновение и развитие спиральной неустойчивости, так как без приборов он не в состоянии определить, куда повернул самолет и повернул ли он вообще. По мере нарастания крена вертикальная составляющая подъемной силы становится меньше, чем вес самолета, самолет начинает проваливаться и быстро теряет высоту. Попытки уменьшить скорость снижения, используя руль высоты, чтобы поднять выше нос самолета, приводят к еще большему увеличению крутизны спирали. Скорость снижения быстро возрастает на последней стадии такого неконтролируемого движения, которое летчики называют «кладбищенской спиралью».
Первые меры, направленные на исключение этой ситуации, сводились к попыткам улучшить характеристики спиральной устойчивости самолета посредством уменьшения площади его вертикального оперения и увеличения угла поперечного V, как того требуют теория динамической устойчивости и результаты экспериментальных исследований на моделях самолетов. Однако оказалось, что эти меры приводят к ухудшению поперечной управляемости самолета, возникновению сваливания и затягиванию в штопор, которые еще более опасны, чем спиральная неустойчивость.
Гироскопические датчики. Чтобы управлять спиральной неустойчивостью при полете в отсутствие видимости, летчик должен иметь полную информацию о движении самолета в инерциальной системе координат. Эту информацию он получает, используя три гироскопических датчика: указатель поворота и скольжения, авиагоризонт и гирокомпас. Указатель поворота и скольжения дает летчику информацию об угловой скорости и направлении разворота и о соответствии угла и скорости крена угловой скорости разворота. Авиагоризонт выдает угол тангажа самолета и угол крена относительно горизонта. Гирокомпас дает информацию об изменении курса, так как обычный компас с магнитной стрелкой неэффективен при выполнении самолетом разворота. См. также ГИРОСКОП.
В 1920-х годах американский летчик Г.Старк разработал технику пилотирования самолета по приборам в отсутствие видимости. Согласно его рекомендациям, летчик сначала устраняет отклонение от курса, используя указатель поворота и руль направления. Затем он устраняет крен, используя шариковый указатель крена и элероны при скоординированном отклонении руля направления для компенсации рыскания, вызванного элеронами. Наконец, с помощью руля высоты летчик выравнивает скорость полета. Если при крейсерской скорости полета самолет теряет высоту, то для сохранения высоты полета необходимо увеличить мощность двигателя.
Полет по приборам. Впервые весь полет, от взлета до посадки, ориентируясь только по приборам, осуществил лейтенант Дж.Дулитл в сентябре 1929. Он использовал упомянутые выше гироскопические датчики и, кроме того, высокочувствительный высотомер, курсовой радиомаяк и веерные радиомаркеры. Этот полет подготовила группа ученых при финансовой поддержке Фонда Гуггенхайма.
Автопилоты. Один из первых автопилотов использовал У.Пост, который в одиночку облетел земной шар в 1933. Эти автопилоты управляли самолетом хуже, чем летчики, и часто возникали опасные ситуации, вызванные замедленной реакцией на возмущения и несовершенством их конструкции. Позднее – к тому времени, когда самолеты стали летать на больших высотах, где их динамическая устойчивость ухудшалась до такой степени, что ими стало трудно управлять даже летчикам, – были созданы усовершенствованные автопилоты, которые позволяли более плавно «вести» самолет, чем это могли бы сделать сами летчики.
Первые автопилоты предназначались для поддержания курса, и их приходилось перестраивать всякий раз, как только курс самолета нужно было изменить. В дальнейшем в автопилотах было использовано устройство, которое позволило летчику настраивать систему посредством поворота ручек на приборной панели автопилота. Затем были разработаны автопилоты, которые полностью управляли полетом, например, самолета-истребителя при заходе на цель для открытия огня и делали это лучше, чем летчик. Автопилот, способный выполнить такие операции, стали называть программируемым. Современный программируемый автопилот может выполнять все действия по пилотированию самолета, и в будущем, по-видимому, на всех военных и гражданских самолетах будут устанавливаться такие автопилоты, а обязанности экипажа самолета сведутся к контролю автоматизированной системы управления полетом летательного аппарата.

УРАВНЕНИЕ БРЕГЕ
Взаимозависимость теоретических концепций и характеристик реальных летательных аппаратов воплощается в уравнении, которое было выведено французским пионером авиации Л.Бреге. Это уравнение устанавливает простую аналитическую связь между количеством расходуемого топлива и дальностью полета. При соответствующей интерпретации это уравнение применимо ко всем летательным аппаратам, которые совершают установившийся полет в атмосфере, т.е. к самолетам, вертолетам, летающим платформам и аппаратам на воздушной подушке. Однако оно неприменимо к летательным аппаратам, которые выходят за пределы атмосферы Земли и затем снова возвращаются в атмосферу, т.е. к ракетам, спутникам, межпланетным космическим станциям и планирующим возвращаемым космическим летательным аппаратам.
ЛИТЕРАТУРА
Гребеньков О.А. Конструкция самолетов. М., 1984
Коптев А.Н. Системы самолетовождения. М., 1984
Бочкарев А.Ф. и др. Аэромеханика самолета. М., 1985

ПРОТИВОВОЗДУШНАЯ ОБОРОНА – защита некоторого района от поражения с воздуха оружием, доставляемым самолетами, крылатыми или баллистическими ракетами. Ранее термин «противовоздушная оборона» (ПВО) означал защиту группировок вооруженных сил и используемой ими техники во время боевых действий. Однако достижения в области авиации и различных видов вооружения изменили характер ПВО. Основу единых систем ПВО – ПРО составляют наземные радиолокационные станции обнаружения и слежения и авиационно-ракетное оружие. См. РАДИОЛОКАЦИЯ; РАКЕТНОЕ ОРУЖИЕ.

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Вторая мировая война и ее уроки. Первый серьезный прогресс в области ПВО был достигнут в 1941, когда лучом прожектора стала управлять радиолокационная станция. До этого ограниченность поля зрения сил ПВО не имела большого значения, поскольку бомбардировщикам также необходимо было иметь хороший обзор. Однако площади, подвергаемые бомбардировке, постепенно расширялись, улучшались воздушная навигация и техника бомбометания (не говоря о самих бомбардировщиках), и к середине 20 в. ПВО стала терять свою эффективность.
Восстановить эффективность ПВО помогли три новых технических достижения. Первым был компьютер. Вторым – радиолокатор, который может достаточно точно определить координаты объекта в пространстве и передать эту информацию непосредственно на компьютер. (При этом существенно сократилось время готовности к открытию стрельбы благодаря компьютерному управлению гидроприводами, которые автоматически и непрерывно наводят орудия на цель.) Третьим стал дистанционный взрыватель, который подрывает зенитный снаряд в точке траектории, ближайшей к цели. Эти три достижения повысили эффективность средств ПВО в целом и зенитной артиллерии в частности.
Оборона передовых позиций сухопутных войск и защита от низколетящих летательных аппаратов требуют, чтобы орудия наводились быстро, имели большую скорострельность и были достаточно мобильными для того, чтобы сопровождать пехоту и танковые войска. Ранее этим требованиям удовлетворяли пулеметы с водяным охлаждением и 37-мм зенитное орудие. Во время Второй мировой войны им на смену пришли скорострельные пушки с воздушным охлаждением (в виде счетверенной установки) и автоматические пушки в буксируемом и самоходном вариантах.
Одновременно с совершенствованием средств ПВО сухопутных войск происходило развитие корабельной зенитной артиллерии ВМС США. Тактическая доктрина требовала, чтобы истребительная авиация защищала всю прифронтовую зону, а зенитная артиллерия – лишь объекты, существенные с точки зрения военных действий. Совершенствование вооружений ПВО сопровождалось ростом численности ее подразделений. Вместо имевшихся у американцев во время Первой мировой войны 7 батальонов зенитной артиллерии в ходе Второй мировой появились 368 батальонов, не считая отдельных зенитных батарей, эквивалентных примерно 20 батальонам.
Географическая изолированность США приводила многих военных теоретиков к выводу о несущественности ПВО. Однако катастрофа Пирл-Харбора в декабре 1941 опровергла эту точку зрения. К середине 1940-х годов угроза воздушного нападения на США исчезла, и в 1944 сеть РЛС была демонтирована. Однако война в Японии повторила то, что случилось ранее в Пирл-Харборе и Европе. Лишенная сколько-нибудь значимой ПВО, японская территория оказалась весьма уязвимой. «Суперкрепости» B-29 в полном объеме использовали опыт союзников, приобретенный в войне с Германией.
События августа 1945 ликвидировали последние сомнения в необходимости обезопасить США от нападения с воздуха. Результат атомной бомбардировки Японии американскими летчиками был ужасающим: 70 тысяч убитых и гораздо большее число пострадавших.
Стратегическая авиация и ядерное оружие изменили характер войны (см. ВОЙНА ЯДЕРНАЯ). Международная напряженность и распространение ядерного оружия в мире также совершенно изменили первоначальное значение термина «противовоздушная оборона». Это изменение наглядно проявилось сразу же после окончания Второй мировой войны. Командование противовоздушной обороны США, преданной забвению в годы войны, но воскрешенной в 1946, приступило к развертыванию системы ПВО в северо-восточных и северо-западных районах США. Ответственность за организацию и работу этой системы была возложена на континентальное авиационное командование. В его распоряжении имелось 30 радиолокационных станций и 20 эскадрилий истребителей.
В 1951 США создали систему ПВО, чтобы защитить страну в случае возникновения новой мировой войны. С этого момента содержание термина «противовоздушная оборона» перестало быть чисто военным; теперь ПВО, вообще говоря, предполагает защиту гражданского населения, промышленных предприятий и воинских подразделений.
ПВО обеспечивается сухопутными силами, ВМС и корпусом морской пехоты, а также ВВС США, имеющими в своем распоряжении авиацию, артиллерию, управляемые реактивные снаряды и ракеты и, кроме того, оборудование, необходимое для раннего обнаружения цели, предупреждения и управления.
Послевоенный период. Число советских дальних бомбардировщиков в конце 1940-х годов заметно увеличилось, а после проведения в 1949 испытаний советской атомной бомбы впервые возникла угроза ядерного нападения. В начале 1950-х годов Канада и США пришли к соглашению о создании сети радиолокационных комплексов, охватывающей всю Северную Америку. Первой была построена «Пайнтри лайн» – единая система, в состав которой входило 33 РЛС, размещенных вдоль южной границы Канады. Создание ее завершилось в 1954 и обошлось примерно в 50 млн. долл. Эта линия обеспечивала круглосуточное слежение и перехват целей на всем североамериканском субконтиненте, от океана до океана; основными ее недостатками были наличие в линии маловысотных окон и малая глубина эшелонирования прикрытия. Для устранения этих недостатков было рекомендовано построить еще две сети РЛС. К 1957 была построена среднеканадская линия («Макгилл фенс»), идущая практически по 55-й параллели. Среднеканадская линия образовала систему раннего радиолокационного обнаружения низколетящего самолета, однако она не обеспечивала слежения за целью. Создание этой линии, полностью финансировавшееся Канадой, обошлось в 227 млн. долл. Третий и наиболее известный рубеж дальнего радиолокационного предупреждения («Дью») содержал трансконтинентальную цепь РЛС, протянувшуюся вдоль 70-й параллели, в 320 км от Северного Полярного круга. Сооружение этой линии, состоящей из 57 РЛС, было завершено в июле 1957. Затраты США на ее строительство составили ок. 350 млн. долл.
С завершением строительства этих трех линий РЛС для ПВО в США и Канаде стало возможно получить предупреждение о приближении вражеских бомбардировщиков за 2–3 часа до налета. Этого времени достаточно для идентификации и перехвата самолета, летящего с севера. При нападении со стороны Тихого или Атлантического океана противника должны были обнаружить патрульные самолеты дальнего радиолокационного обнаружения, патрульные корабли ВМС и радиолокационные станции на морских платформах.
Функционирование этой весьма насыщенной и сложной сети РЛС требовало повседневной координации действий в различных вопросах тактического характера. Поэтому естественным шагом явилось учреждение структуры, необходимой для осуществления оперативного управления. Объединенное командование ПВО североамериканского континента НОРАД действует с 12 сентября 1957. Его штаб-квартира располагается на территории авиационной базы ВВС в Колорадо-Спрингс (шт. Колорадо).
В последующие несколько лет численность состава войск ПВО резко возросла. К началу 1960-х годов четверть миллиона канадцев и американцев работали в многоэтажных подземных комплексах, центрах управления и на аэродромах базирования истребителей-перехватчиков и базах ракет класса «земля – воздух».
Изменившаяся угроза. В начале 1960-х годов характер угроз нападения извне радикально изменился, поскольку Советский Союз сконцентрировал свои усилия на межконтинентальных и запускаемых с моря баллистических ракетах и на спутниковом оружии. Масштабная североамериканская система раннего радиолокационного предупреждения оказалась бесполезной для борьбы с этими средствами доставки. Поэтому была создана спутниковая система слежения и предупреждения о пуске ракет, а круг задач, стоящих перед НОРАД, расширился.
Для того чтобы предупредить угрозу нападения с воздуха, командование ПВО разделило континент на три региона: Аляску, Канаду и континентальную часть США (КОНЮС). Предполагалось, что при обнаружении и опознании самолета противника сообщение о нем немедленно передается пилотам истребителей-перехватчиков, которые встречают бомбардировщики на максимальном удалении от их цели.
При этом траектории атакующих самолетов противника регистрируются и анализируются с помощью системы «Сейдж», которая выводит истребители-перехватчики на конкретные цели и управляет пусками зенитных ракет. Система «Сейдж» может отслеживать одновременно 400 отдельных траекторий, 200 из которых зарезервированы за ракетами, которые должны наводиться из центра управления на цели. В начале 1960-х годов в распоряжении командования ПВО находились 2000 истребителей-перехватчиков, 3900 вспомогательных самолетов поддержки, 575 ракет класса «земля – воздух», 480 РЛС и четверть миллиона служащих.
Во Второй мировой войне бомбардировщик был самым разрушительным из имевшихся в то время средств уничтожения, однако защита от него была вполне реальной. Баллистические ракеты с ядерным зарядом и маневрирующими головками индивидуального наведения практически не могут быть перехвачены на нисходящей ветви траектории. По этой причине важно перехватить их как можно раньше. Первая программа ПРО (противоракетной обороны) начала осуществляться в США в 1967, и эта программа была нацелена на уничтожение ракет сразу после запуска.
Меры, направленные на перестройку НОРАД, привели к уменьшению численности истребителей-перехватчиков и частичной консервации сети РЛС. Вероятность поражения межконтинентальными баллистическими ракетами (МБР) удалось снизить посредством строительства подземных сооружений, избавления от излишеств и рассредоточения ресурсов. Был построен подземный центр управления боевыми действиями в Шайенских горах в окрестностях Колорадо-Спрингс. Еще один подземный центр управления был построен в Норт-Бэй (шт. Онтарио). Однако расходы, связанные с войной во Вьетнаме, помешали полной модернизации ПВО США в 1960-х годах.
В 1970-е годы появились военные спутники, способные решать многие задачи оперативного характера, включая обнаружение потенциальных целей. В 1973 было одобрено создание глобальной навигационной спутниковой системы, введенной в действие к концу 1980-х годов. Она произвела настоящую революцию в навигации и управлении, необходимом как для военных, так и для гражданских нужд. См. также НАВИГАЦИЯ; ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ; АЭРОНАВИГАЦИЯ; ВОЙНЫ ЗВЕЗДНЫЕ; КОСМОСА ИССЛЕДОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ.
В 1976 стало ясно, что Советский Союз уделяет все больше внимания разработке ракет, способных уничтожать спутниковые системы ПРО. Как и ранее, советская инициатива вызвала соответствующую реакцию в США: президент Дж.Форд поручил министерству обороны создать более совершенную спутниковую систему ПРО.
Главными мероприятиями по модернизации ПВО, которые были проведены в соответствии с нуждами НОРАД, были: 1) замена линии «Дью» усовершенствованными арктическими РЛС, которые получили название северной системы раннего обнаружения и предупреждения «Ньюс»; 2) развертывание загоризонтных РЛС обратного рассеяния; 3) более широкое использование самолетных систем дальнего радиолокационного обнаружения и предупреждения «АВАКС»; 4) оснащение НОРАД самолетами F-15, F-16 и CF-18. В 1980-е годы МБР и БРПЛ, запускаемые с подводных лодок, стали угрозой для безопасности североамериканского континента, и это было учтено при модернизации НОРАД.
С появлением крылатых ракет слежение за атмосферой вновь стало одной из важных задач. Можно сказать, что крылатые ракеты, запущенные с борта самолета или корабля, вернули к жизни бомбардировочную авиацию. Крылатые ракеты особо опасны, поскольку их труднее обнаружить (из-за сравнительно небольших размеров и способности лететь на низкой высоте, следуя за рельефом местности), чем баллистические ракеты или бомбардировщики 1950-х годов, управляемые летчиками.

ПРОТИВОВОЗДУШНАЯ ОБОРОНА СЕВЕРОАМЕРИКАНСКОГО КОНТИНЕНТА
Для предупреждения нападения командование ПВО Северной Америки использует различные источники информации. Оно развернуло по всему земному шару сеть станций для обнаружения ракет, запущенных с суши, воздуха или моря. В эту сеть входят космические и наземные станции наблюдения. Космические станции базируются на спутниках и обнаруживают факелы стартующих ракет. Эти спутники-разведчики находятся на геостационарных орбитах, т.е. остаются все время над одной и той же точкой на поверхности Земли. См. ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ.
Сеть наземных РЛС образована комплексами раннего предупреждения о пуске баллистических ракет, к строительству которых США приступили еще в начале 1960-х годов. Эти комплексы, располагающиеся в Гренландии (Туле), Великобритании (Файлингдэйлз-Мур) и на Аляске (Клир), обеспечивают радиолокационное слежение за любым искусственным воздушно-космическим объектом. Схема обнаружения и слежения гарантирует, что любой запуск будет выявлен по крайней мере двумя различными способами.
Вместе с использованием систем наземного и космического базирования (РЛС и спутниковых станций обнаружения и слежения) ведется круглосуточное дежурство истребителей-перехватчиков над определенными зонами североамериканского субконтинента. Истребители ПВО определяют, является ли самолет-нарушитель пассажирским лайнером, сбившимся с курса, или же это бомбардировщик противника либо крылатая ракета. При необходимости число истребителей может быть существенно увеличено за счет самолетов ВВС и национальной гвардии США, морской пехоты, ВМС США и Канады. Принимая решение открыть огонь, летчик должен действовать строго по правилам; за 35 лет патрулирования истребителями ПВО не был обстрелян ни один самолет. Силы перехвата ПВО используют американские истребители F-15 «Игл», а также канадские истребители CF-18 «Хорнет» и F-16 «Файтинг Фолкон».
Система ПВО североамериканского субконтинента использует также самолеты-разведчики «АВАКС» и самолеты-заправщики для увеличения радиуса действия истребителей-перехватчиков.
В случае нападения на США с воздуха информация мгновенно будет передана в центр управления североамериканского субконтинента и в командный центр управления НОРАД в Шайенских горах под Колорадо-Спрингс. Командование ПВО оперативно оценивает угрозу, принимает решение и отдает приказы соединениям ПВО. В случае необходимости федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям должно оповестить гражданское население соответствующих регионов страны о воздушном нападении. При этом начинает действовать чрезвычайная система радиовещания, и все пассажирские полеты прекращаются. См. также АВИАЦИЯ ВОЕННАЯ; АРТИЛЛЕРИЯ; ВОЕННАЯ РАЗВЕДКА; ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ; ВОЙНЫ ЗВЕЗДНЫЕ; РАДИОЛОКАЦИЯ.

ЛИТЕРАТУРА
Агренич А.А. Зенитная артиллерия. М., 1960
Анаймович М.А. и др. Войска противовоздушной обороны страны. М., 1968
Лозик П.М. Противовоздушная оборона сухопутных войск. М., 1979
Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М., 1981

* ЗАКАЗАТЬ АВТОРСКИЙ РЕФЕРАТ, КУРСОВУЮ ИЛИ ДИПЛОМ*

тел. 728 - 3241

ЗАКАЗАТЬ РЕФЕРАТ

ЗАКАЗАТЬ КУРСОВУЮ

ЗАКАЗАТЬ ДИПЛОМ

Новости образования

Все о ЕГЭ

Учебная литература on-line

Статьи о рефератах

Образовательный софт