…Правда, неплохо придумали авиаторы?
Но что же все-таки главное в самолёте?
Можно ли обойтись самолёту без колёс и без лыж?
Можно! Есть самолёты на воздушной подушке…
А без хвоста? Да. Для устойчивости в полёте используют само крыло, слегка изгибая его в нужных местах.
Можно ли обойтись без фюзеляжа? Проверено: устраивали пилотские кабины (значит, можно — и пассажирские салоны) в крыле.
А без двигателей?
Нет, потому что без двигателя это будет уже не самолёт, а планер, или… воздушный змей, который кто-то должен тянуть за леер (трос).
Мощность современных двигателей позволяет самолёту (истребителю, а не пассажирскому) набирать высоту даже вертикально, проектируются и «летающие фюзеляжи», но это тоже будет не самолёт как таковой, а нечто иное. Сейчас можно заставить летать и настольную лампу… Так, может, именно двигатель главный в самолете?
Нет. При всей необходимости двигателя, без которого и самолёт-то не самолёт, главное всё же — крыло. Вот уж без чего самолёту никак не обойтись. Именно оно отличает самолёт от других летающих машин, кроме, конечно, планера.
На первый взгляд, «крылышко» понятно и несложно устроено. Но только на первый взгляд. На самом деле — это целый «аэродинамический комбинат».
Аэро — воздух, по-гречески. Динамикос — тоже греческое слово, означает оно приблизительно «силовой». А оба слова вместе — аэродинамика, наука, изучающая силы, возникающие при движении тел в воздушной среде или при обтекании воздухом каких-либо тел, что практически одно и то же.
Возьмите лист фанеры и попробуйте бежать, прикрываясь им. Трудно. Поверните его параллельно земле — легко. А теперь наклоните его перед собой градусов на тридцать — и фанерный лист, если вы побежите с ним, захочет вырваться, взлететь!
Сила, вызывающая у него такое желание, называется…
Однако вспомним прежде закон Бернулли: чем скорость движения жидкости или газа больше (допустим, в трубе), тем давление на окружающие стенки будет меньше.
Присмотритесь к крылу обычного самолета сбоку, в профиль. Нижняя его поверхность ровная, а верхняя выпуклая. В полёте воздух, обтекая крыло, раздваивается на потоки — бегущие снизу и сверху крыла.
Но путь нижнего потока меньше, чем бегущего по верхней выпуклой поверхности крыла. И чтобы «не отстать», верхний поток несётся с большей скоростью. А коли так, то он сверху слабее давит на крыло, чем поток снизу, у которого скорость меньше.
Разность этих давлений и есть подъёмная сила.
Сразу оговорюсь: для некоторых самолётов недавно предложен «перевёрнутый» профиль крыла, или, как его называют, «сверхкритический», но это уже область, выходящая за пределы наших скромных задач, аэродинамика же сверхзвуковых самолётов ещё сложнее, именно поэтому мы не станем залезать в дебри…
При одном взгляде на крыло возникает мысль о его потребной прочности — оно ведь держит на себе всю тяжесть самолёта в полёте!
Кстати, верхняя обшивка крыла всегда делается толще нижней… Потому что его верхняя изогнутая поверхность — постоянно «отрываемая» — участвует на две трети в создании подъёмной силы, и только треть этой дружной и непременной спаренной работы приходится на долю нижней поверхности крыла.
Если мысленно взять крыло в руки, глянуть на него спереди — «лицом к лицу» — и слегка изогнуть в середине консолями (концами) вверх — получится так называемое поперечное вэ (V). Такое крыло более устойчиво в отношении кренов. Но оно может иметь и отрицательное V, то есть консоли отогнуты книзу.
Если отогнуть от центра обе половины крыла назад — создастся стреловидность. Она увеличивает продольную устойчивость, крыло надёжнее сохраняет горизонтальность полёта; в некоторых случаях стреловидность бывает обратной…
На задней кромке правой и левой половины крыла вы не раз видели вырезы — будто маленькие крылышки у крыла; их называют элероны. Но не все, наверное, заметили, что если, допустим, правый элерон опустился, то левый непременно поднимется — это аэродинамические рули самолёта. Пилот поворачивает штурвал вправо — правый элерон поднимается и уменьшает подъёмную силу своей половины крыла, а левый опускается, и подъёмная сила его половины крыла увеличивается за счёт всё тех же аэродинамических сил; самолёт накреняется вправо.
Консоли крыла окрашены специальной яркой краской — это необходимо хотя бы при заруливании на стоянку, чтобы не зацепить рядом стоящие самолёты.
На консолях имеются аэронавигационные огни (АНО): на правой — зелёный, на левой — красный, белый — на хвостовом кончике фюзеляжа. На консолях же есть металлические кисточки для стекания в атмосферу электричества, возникающего в полёте на металлических самолётах.
Существуют и… подвижные консоли, которые выдвигаются или открываются снизу, как откидной столик, увеличивая площадь крыла.
В передней кромке крыла расположены фары, а если они в нижней части крыла, то выпускаются и убираются, как шасси.
Во всю ширину некоторых крыльев скоростных самолётов сверху имеются по нескольку вертикальных «ножей» — жёсткие тонкие рёбра, высотой сантиметров десять. При большой стреловидности крыла в плане воздух, прилегающий к верхней поверхности, старается «оползти» к консолям, а «ножи» придерживают его. Но при обратной стреловидности картина иная…
На верхней же части крыла имеются интерцепторы — щиты, поднимающиеся почти вертикально после приземления, отчего резко возрастает сопротивление воздуха и падает подъёмная сила, уже не нужная. Воздух через интерцепторы как бы давит на колеса, и обычное торможение становится более эффективным.
На крыле крупно нарисованы опознавательные знаки самолёта. На крыле же часто крепятся двигатели, а внутрь убираются шасси после взлёта.
На передней кромке по всему размаху крыла раньше иногда укрепляли подобие узкой и длинной резиновой камеры. Если самолёт покрылся льдом, то необходимо прежде всего очистить крыло. Специальный насосик накачивал в эту камеру воздух, она расширялась, лёд лопался и срывался встречным потоком.
Теперь в таких случаях передняя кромка крыла подогревается изнутри горячим воздухом от двигателей, лёд стаивает — и дело с концом!
Но мы уже начинаем как бы забираться внутрь крыла… Что ж, заглянем, тем более что оно имеет всевозможные люки с надписями, точно приглашающими открыть их… Мы увидим объёмные канистры — баки для горючего, несколько километров (!) электропроводов и труб различного диаметра и цвета, стальные тросы и спецаппаратуру.
Я рассказал вам далеко не все о крыле современного самолёта.
Мне лишь хотелось убедить вас, что, называя самолётное крыло «аэродинамическим комбинатом», я не далёк от истины…
Кто «придумывает» самолёт?
Лет сорок назад инженер-конструктор зачастую являлся и его строителем. Нынче же каждая часть самолёта стала творческим объектом многих специальностей и научных исследований.
Одни проектируют внешние формы и размеры фюзеляжа, другие — хвостовое оперение, третьи рассчитывают на прочность, четвёртые разрабатывают внутреннее оборудование: в самолёте каждый грамм веса и кубический сантиметр объёма — предмет размышлений и тщательных расчётов.
Приборную доску в пилотской кабине смогут спроектировать один или два человека, скажем, инженер-пилот и специалист по технической эстетике (художник), консультировать их будут авиационные психологи и врачи, сантехники, эксплуатационники, представители Международной организации гражданской авиации, специалисты по стандартам, работники бюро технической информации, осветители, инспекторы охраны труда, филологи (там же много надписей, они должны быть грамотными, краткими и исчерпывающими). Разработкой же самих приборов заняты десятки других специалистов.
Есть инженеры и художники, посвятившие свою жизнь пассажирским салонам, а другие багажным помещениям.
Металлурги и специалисты по пластмассам, сантехники и «отопители», мастера «авиационной кулинарии» и акустики, изучающие шумы внутри самолёта, решительно во всех его уголках и снаружи, психологи (да, психологи, потому что цвет, декоративное убранство самолёта или пилотской кабины, размеры салонов и их освещение — всё влияет на требовательных жителей Аэрограда).
Над всей этой армией учёных и инженеров возвышается фигура Главного авиационного конструктора. Он, точно режиссер кинофильма, объединяет усилия всех и руководит созданием одного из удивительнейших творений инженерной мысли.
Я до сих пор, если увижу машину, на которой летал сам, обязательно подойду и похлопаю (не по плечу — высоковато!) хоть по стойке носового колеса или фюзеляжу, дескать: «Здоров, старина! Рад встрече, ведь у нас с тобой есть, что вспомнить…» А если он далеко — кивну ему.
Был у меня один грустный-грустный эпизод: в Ростове-на-Дону сварщики резали на куски мой Ли-2 автогенной огненной струёй. Отлетался. Узнал я это и краешком аэродрома, чтобы не встретить никого, пошёл к Нему — проститься.
На душе тяжко. Ведь сколько мы пережили с Ним — не пересказать. И любил я Его от души! Однажды художник, по моей просьбе, изобразил Его (с номером 4516!) на обложке одной из моих книг.
Погоревал я, отступил и… столкнулся с кем-то. Оглянулся: позади человек десять собралось, таких же его друзей…
Самолёты, как и люди, принадлежат к различным поколениям. Это не образное выражение, а научный термин, используемый авиационными специалистами.
Нынешнее поколение реактивных и турбовинтовых самолетов — Ту-104, Ту-114, Ил-18 — уже достигло зрелости, и ему на смену пришли Ил-62, Ту-154, а скоро эстафету подхватят и сверхзвуковые пассажирские самолеты (СПС).
Первые такие самолёты уже есть — советский Ту-144 и французский «Конкорд». О них стоит рассказать, хотя бы в общих чертах.
Например, «Конкорд»…
Самолётам этого типа предстоит долгая жизнь: они должны налетать по 45000 часов, в том числе 20000 часов на сверхзвуковой скорости (до 2500 км/час). Проектированием и постройкой сверхзвукового пассажирского самолета заняты более 20000 человек!
Размер и вес СПС внушительны, только на окраску такого самолёта расходуется 2500 килограммов краски. Полёты производятся на высотах 15–25 километров, но специальные насосы, накачивая в пассажирские салоны и багажные отделения воздух, поддерживают в них атмосферное давление, соответствующее тому, которое бывает при открытом полёте на высоте 2000 метров. Поскольку снаружи давление воздуха будет совсем ничтожным — диаметр фюзеляжа СПС раздуется в полёте на 4 миллиметра.
Горючего в 17 герметических баках (14 штук внутри крыла) вместится 80000 килограммов. В фюзеляже, кроме основных, есть и балансировочный бак: когда, по мере выработки горючего, станет нарушаться центровка самолёта — быстрые насосы перекачают в задний балансировочный бак часть горючего из основных.
Если крыло покроется корочкой льда — стоит лишь увеличить скорость полёта, и от трения о воздух крыло нагреется, лёд стает.
Очень интересны и приборы в этих самолётах.
Перед взлетом пилоты включают командный прибор взлёта, наглядно показывающий наивыгоднейшее соотношение приборной скорости по линии полёта и скорости набора высоты при любой заданной тяге двигателей.
Аналогичный прибор имеется и для посадки.
После взлёта «вручную» на высоте 1500 метров управление мягко берёт автоматика и дальше ведёт самолёт до манёвра захода на посадку, после чего передаёт управление пилотам.
Специальная самолётная и наземная аппаратура СПС способна весь полёт произвести в автоматическом режиме, но массовое её использование — дело ближайшего будущего…
В кабине пилотов СПС имеется метеорадиолокатор, предназначенный для наблюдения и изучения облачности в районе полёта на значительном радиусе…
Для сверхзвуковых полётов уже сейчас выделена зона в стратосфере от 13000 метров над уровнем моря и выше, а маршруты их максимально приближаются к прямым линиям.
То ли ещё будет!..
Но планета наша велика и для сверхзвуковых самолётов. Наибольшее расстояние, по прямой, теоретически возможное на земном шаре, очевидно, равно половине экватора (т. е. 20000 км).
Чтобы преодолеть такую гигантскую «прямую» (надеюсь, вы поняли, почему я взял это слово в кавычки?), можно, разумеется, построить СПС с необходимым запасом горючего для беспосадочного полёта. Но специалисты подсчитали, что он мало возьмёт пассажиров, авиабилет будет стоить дорого и вся затея окажется пустой.
Пожалуй, наиболее обнадеживающий выход из положения — придать самолёту ещё большую скорость, допустим, в пять-десять раз выше звуковой. Пределы есть и в этом случае. Например, первая космическая скорость, при которой ракетный корабль сможет преодолеть земное тяготение (без крыльев!), превышает скорость звука в 27 раз, а вторая (для свободного передвижения в солнечной системе) — в 37 раз; тут уже речь идет не о самолёте… (Скорость звука условились называть по имени физика Маха «число М». Если скорость полёта в три раза больше неё, говорят «три М», а пишут М-3 или ЗМ).
Так вот, самолёты, о которых я хочу рассказать вам сейчас, будут, надо полагать, летать со скоростью М-5:20. Их называют гиперзвуковые, то есть «сверх-сверхзвуковые».
С ними много хлопот и немало неизвестного.
Предполагают, что гиперзвуковые летательные аппараты возможны в обозримом будущем нескольких типов…
Планирующие аппараты-ракетопланы. По существу, космическая ракета с маленькими крылышками, позволяющими (при спуске) планировать в атмосфере на большие расстояния с выключенными двигателями.
Такие ракетопланы могут весить сотни тонн и достигать огромных размеров.
Рикошетирующие аппараты. Это странное название происходит от французского слова «рикошет» (отскакивание). Вспомните, как прыгают акробаты на батуте в цирке. Батут — туго натянутая пружинящая сетка. Если прыгнуть на неё — батут подбросит вас вверх, потом снова и снова. Очень красивый номер!
Так вот, представьте себе, что мы с вами выключили двигатель на таком самолёте (с целью экономии горючего) и несёмся с высоты 70—100 километров, а едва войдя в плотные слои атмосферы, где подъёмая сила крыльев достигает желаемых величин, — делаем горку, то есть снова выскакиваем за счет аэродинамических сил, чуть не в космос, потом ещё и ещё, но с каждым разом оказываемся всё ниже, таким способом можно «напрыгать» и 5, и 10, и даже все 20 тысяч километров!
Воздушно-космические самолёты. Это тоже транспортные летательные аппараты. Они могут весить тысячу и больше тонн, а подниматься до высоты 400–500 километров. Скорее всего, такие самолёты будут двух- или трёхступенчатыми, как космические корабли. Одна ступень оторвёт всю махину от земли и поднимет на заданную высоту, а потом отцепится и вернётся на базу для следующего взлёта. Другая разгонит полёт до скорости 10–20 тысяч километров в час, тоже отцепится и сядет где-то по пути (может быть, с пассажирами, летящими на меньшее расстояние). Третья пролетит по всему маршруту и совершит посадку на заданном конечном аэродроме…
Но я надеюсь, что будут созданы и одноступенчатые, то есть более привычные нам, гиперзвуковые самолёты.
Между прочим, наш земной шар становится теперь маловат для гиперзвуковых полётов… Если бы можно было накачать Землю, как футбольную камеру, чтобы гиперзвуковой самолёт летел на большее расстояние, билет стоил бы дешевле. При гиперзвуковых полётах возникает немало проблем. Одна из них — перегрузки. В авиации это слово означает, что подъёмная сила крыла становится больше полётного веса самолёта. На фигурах высшего пилотажа перегрузки иногда бывают такие, что порой в глазах темнеет! Они возникают, строго говоря, при всяком ускоренном движении и на земле. Сели вы в электропоезд, и он трогается с места очень резво. Вы чувствуете, как вас прижимает к спинке сиденья (если вы сидите лицом в сторону движения); говорят — прямая, или положительная, перегрузка. Подъезжаете к станции, и при резком торможении вас как бы отделяет от сиденья: электричке уже «надоело» ехать, а вы будто разохотились вовсю — отрицательная перегрузка.
При взлёте на гиперзвуковом самолёте трудно добиться плавности ускорения и малых её величин, чтобы любой человек мог летать без риска для здоровья.