Глава 2. Гипотезы и законы аэродинамики классификации
летательных аппаратов 37
2.1. Строение атмосферы 37
2.2. Гипотеза сплошности газовой среды 39
2.3. Принцип обращенного движения 42
2.4. Уравнение неразрывности движения потока 44
2.5. Подъемная сила. Теорема Николая Егоровича Жуковского 45
2.6. Кармановские колебания 51
2.7. Принцип аэродинамической интерференции 56
2.8. Гипотеза об отсутствии обратного влияния пограничного слоя
на свободный поток 56
2.9. Принцип аддитивности внешних воздействий на летательный
аппарат 56
2.10. Классификация летательных аппаратов 57
Глава 3. Приоры для измерения скорости и высоты полета 73
3.1. Общие определения 73
3.2. Прибор для измерения индикаторной (приборной) скорости 77
3.3. Тенденции развития приборов для измерения скоростных
параметров 96
3.4. Барометрический высотомер 101
3.5. Манометрический вариометр 108
Глава 4. Система воздушных сигналов 113
4.1. Назначение системы 113
4.2. Датчик температуры торможения 116
4.3. Датчики давления 120
4.4. Коррекция погрешностей восприятия статического давления 142
Глава 5. Измерители малых скоростей 145
5.1. Инвариантный измеритель скорости 147
5.2. Всенаправленный измеритель малой скорости с приемником
давления на вращающейся штанге 154
5.3. Всенаправленный измеритель малой скорости с приемником
давления на лопасти 160
5.4. Всенаправленный измеритель малой скорости с приемником
давления на двухстепенном подвесе 166
Глава 6. Измерители аэродинамических углов 174
6.1. Датчик аэродинамических углов флюгерный 178
6.2. Датчик аэродинамических углов пневматический 192
6.3. Датчик аэродинамических углов совмещенный 209
6.4. Датчик аэродинамических углов сферический 214
6.5. Измеритель аэродинамических углов меточный 216
6.6. Измерители аэродинамических углов электромеханические 222
6.7. Измерители истинных аэродинамических углов 225
ВВЕДЕНИЕ
Думы и мысли о полетах человека уходят в далекое прошлое. Еще в сказках, легендах и песнях люди мечтали о полете, о ковре-самолете, о покорении воздушного пространства [1, 2]. Вот несколько легенд.
Древнегреческая легенда. Дедаль и его сын Икар бежали якобы с острова Крит на искусственных крыльях.
Из истории русских людей. В 906 году князь Олег осадил Царь-град, применив хитрость. Он приказал изготовить из позолоченной бумаги воздушные змеи, придав им вид всадников, и пустил их на осажденный город. Греки в ужасе бежали.
Во времена Ивана IV упоминается некий Никитка. Он построил машину с деревянными крыльями, наподобие птичьих. Его обвинили в связях с Нечистой Силой, отрубили голову, тело отдали на съедение собакам.
Подьячий Крякнутый в 1731 году в Рязани, за полвека раньше братьев Монгольфье (в Париже) соорудил матерчатый воздушный шар, наполнив его горячим дымом и совершил налет. Из Рязани его выгнали.
В научных кругах считается, что впервые возможность полета научно обосновал в 1475 году Леонардо да Винчи (Италия). Он разработал воздушный винт. Но очень долго он не был востребован. Независимо от этого наш соотечественник выдающийся ученый М.В. Ломоносов научно обосновал принцип полета аппаратов тяжелее воздуха. В 1754 году он впервые в мире построил и испытал модель двухвинтового вертолета. Спустя 50 лет академик Я.Д. Захаров поднялся на воздушном шаре. Большие заслуги перед авиацией имеет Д.И Менделеев. В 1887 году на свободном аэростате он лично сам совершил полет для наблюдения солнечного затмения на высоте 3600 метров.
Первый в мире самолет был спроектирован и построен русским ученым и изобретателем Александром Федоровичем Можайским (1825 – 1890 гг.). 3 ноября 1881 года ему была выдана привилегия (патент). Постройка и летные испытания самолета осуществлены в 1882 – 1886 гг., на 18 – 20 лет раньше первых полетов в Америке и в Европе. В 1885 году Можайский на своем самолете взлетел и упал с высоты нескольких метров. Его заслуга в том, что им был разработан и построен полноразмерный самолет, который смог взлететь хоть и на небольшую высоту. Полеты самолетов вплоть до 1920 годов происходили без теории крыла, без аэродинамики винта, без динамики полета. Все это было впереди. В Америке братья У. и О. Райт взлетели только в 1903 году. После появления трудов русских ученых Николая Егоровича Жуковского и Сергея Алексеевича Чаплыгина стали возможны научно обоснованные конструкции самолетов и их полеты. Н.Е. Жуковский (1847 – 1921 гг.) является общепризнанным основоположником аэродинамики и динамики полета самолетов. Россия по праву считает Н.Е. Жуковского "Отцом русской авиации". Он раньше других (Г. Эйфеля и Л. Прандтля) организовал аэродинамическую лабораторию. Построил в 1902 году в МГУ аэродинамическую трубу. В 1904 году под Москвой в Кучино создает первый в мире аэродинамический институт. В 1904 году Н.Е. Жуковский открыл принцип образования подъемной силы крыла, а в 1906 году сформулировал свою теорему о подъемной силе крыла.
В 1918 году Н.Е. Жуковский возглавляет Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), который до ныне является научной базой для разработки современных летательных аппаратов. Очень бурно развивалась авиация в 20 веке и явилась колыбелью космонавтики. Однако идея полета человека к звездам зародилась давно, еще в 19 веке.
Автором первого в мире проекта летательного аппарата с ракетным двигателем, предназначенного для полета человека, был Николай Иванович Кибальчич (1853 – 1881 гг.). Это революционер, народник, член народнической организации "Земля и воля", член подпольной организации "Народная воля". 1 марта 1881 года был убит царь Александр II, взрывом бомбы, изготовленной Н.И. Кибальчичем. За это он 17 марта 1881 года был арестован. Будучи уже в Петропавловской крепости, Кибальчич для создания двигательной силы летательного аппарата предлагает использовать "медленно горящие взрывчатые вещества" в виде свечей из прессованного пороха. Газы, быстро выходящие из двигателя, должны толкать аппарат. С помощью этих же газов предлагалось тормозить при спуске. Перед казнью он пишет: "Сила взрыва освободит человека от земного рабства, и силами взрывов человек когда-нибудь полетит к звездам". 3 апреля 1881 года Н.И. Кибальчич был казнен. Через 37 лет в журнале "Былое" (1918 г.) был опубликован "Проект ракетной машины для летания" Н.И Кибальчича.
Одним из основоположников теории космонавтики является ученый Константин Эдуардович Циолковский (17.09 1857 – 19.09.1935). В 1887 году (год смерти Кибальчича) он опубликовал свой первый научный труд на тему о теории газов. Он разрабатывает управляемый металлический дирижабль, потом металлический аэроплан. В 1897 году он строит впервые в мире аэродинамическую трубу. В 1930 году на основании своих исследований Циолковский доказывает, что винтомоторная авиация должна уступить дорогу реактивной авиации. Он утверждает, что после скорости 1200 км/ч тянущий воздушный винт становится невыгодным. Но главной работой Циолковского считается открытие законов движения тел с переменной массой и создание стройной науки – теории ракетодинамики. За это его считают творцом космонавтики. Вопрос заключается в том, что при движении ракеты ее масса меняется в связи с выгоранием топлива. Ему принадлежит идея создания искусственного спутника Земли, идея полетов к другим планетам.
4 октября 1957 года – полет первого в мире искусственного спутника Земли – начало новой в истории человечества космической эры. Тут рядом стоят три имени: К.Э. Циолковского, С.П. Королева и Ю.А. Гагарина. И это все в России! Первый космический корабль был создан трудом огромного числа коллективов (в том числе УКБП) под руководством Главного конструктора Сергея Павловича Королева (12.01.1907 – 14.01.1966 гг.). Начал он с постройки своего планера К-5. Окончил московское высшее техническое училище, окончил московскую школу летчиков. После знакомства с трудами К.Э Циолковского Королев всецело отдается воплощению его идей в жизнь. Королев сотрудничает с одним из пионеров ракетостроения Ф.А Цандером, они создают группу по изучению реактивного движения (ГИРД). В 1934 году издает свою книгу "Реактивный полет в стратосфере", где главное внимание уделяет жидкостным двигателям.
28 февраля 1940 года состоялся первый полет ракетоплана Королева РП-318. Летчиком был В.П. Федоров.
15 мая 1942 года был испытан истребитель БИ-1 с жидкостно-реактивным двигателем. Пилотировал его Григорий Бахчиванджи. Конструкторами БИ-1 были инженеры А.Я Березняк и А.М. Исаев. Самолет развивал скорость до 900 км/ч. Полет ракетоплана РП‑318 и ракетного самолета БИ-1 начали эру реактивной авиации России.
12 апреля 1961 года на корабле "Восток" Юрий Алексеевич Гагарин (1934 – 1968) впервые в истории человечества совершил полет в космос. Он совершил всего один виток вокруг Земли за 108 минут.
Последнее время характерно широким применением "беспилотников" – летательных аппаратов, управляемых "искусственным" пилотом (электронным пилотом). Иногда их называют "крылатыми ракетами". Впервые такой аппарат в виде беспилотной авиамодели построил во время второй мировой войны один из изобретателей – братьев Райт – Орвилл Райт. Но практическое применение впервые беспилотники нашли в Германии в 1939 году, когда такой аппарат ушел в разведку.
АВИАЦИОННАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Чтобы управлять любым процессом, его нужно хорошо знать. Авиация относится к такой области техники, которая характеризуется высокими требованиями к безопасности, экономичности, регулярности работы, конкурентоспособности на рынке. Это очень наукоемкая и сложная отрасль промышленности. Инженеры, специалисты, занятые в разработке авиационных приборов, агрегатов и систем обязаны знать основные правила, традиции отрасли. Диктуется это тем, что на рынке ценится качество, оригинальность решения. От инженера в этой отрасли требуется не только знание теории и техники вопроса. Очень ценно правильно и своевременно поставить вопрос и организовать его выполнение. Иногда в быту говорят, что нужны "постановщики" вопроса.
Во все времена ни один ВУЗ не готовил конструкторов. ВУЗ дает базу теоретическую. Учит работать с информацией. Дает ему право заниматься теоретической и практической деятельностью по созданию образцов техники (нужен диплом инженера). В дальнейшем молодой специалист должен приобрести навыки практической деятельности, не прекращая учиться. Прохождение практики, разработка дипломных проектов и обучение в филиале кафедры ИВК в УКБП способствует приобретению навыков в решении технических вопросов. В этом и заключается цель образования филиала кафедры в 1988 году. Мы хотим, чтобы инженеры по специальности 19.03 были "постановщиками". Условия для этого созданы. Дело за студентом! Это способствует сохранению преемственности специалистов, передачи традиций от поколения к поколению. Научный, созидательный труд – труд коллективный. Навыки лучше всего передаются от специалиста к специалисту "из уст в уста", " с глазу в глаза".
Легко идти за хорошим лидером (начальником). Однако в пределе это движение в тупик. Прогресс объективно требует обход лидера учеником. В точке перехода могут быть психологические конфликты между ведомым и ведущим. Но этого бояться не следует. Противоречия нужно разрешать в пользу прогресса.
Каждое поколение специалистов должно приходить в производство со своими идеями и внедрять их. А что сегодня можно принести в авиационную промышленность нового? Информатику, всюду внедрить вычислительную технику, разработать новую технологию программирования авионики; изготовления технической документации с применением ЭВМ, с минимальным применением ручного труда …
Авиационная промышленность – отрасль промышленности, в которой осуществляются разработка, производство, испытания, ремонт и утилизация авиационной техники [4]. Авиационная техника – летательные аппараты, их бортовое оборудование и агрегаты, двигатели, авиационное вооружение, авиационные средства спасения, тренажеры, наземные средства управления воздушным движением (УВД), навигации, посадки и связи, а также средства наземного обслуживания летательных аппаратов.
Авиационная техника двойного назначения – авиационная техника, которая используется как в целях обеспечения потребностей граждан и экономики, так и в интересах обороны и безопасности Российской Федерации.
Летательные аппараты – самолеты, вертолеты, авиационные, авиационно-космические ракеты, аэростаты, дирижабли, планеры, автожиры, дельтапланы и другие летательные аппараты.
Безопасность при разработке, при проведении испытаний и эксплуатации авиационной техники обеспечивается ее разработчиками, эксплуатантами и соответствующими службами аэродромов и аэропортов.
Финансирование развития авиации согласно закону осуществляется путем выделения средств из федерального бюджета и бюджетов субъектов РФ. Допускается приватизация объектов авиационной инфраструктуры. Допускается создание авиационных организаций с участием иностранного капитала при условиях, если доля участия этого капитала составляет менее чем двадцать пять процентов уставного капитала и ее руководитель и входящие в органы управления лица являются гражданами Российской Федерации. Допускается национализация объектов авиационной промышленности.
До перестройки авиационная промышленность в СССР была полностью государственной. Возглавляло ее Министерство авиационной промышленности (МАП), которое подчинялось Совету Министров. Министерство в своем составе имело около 340 предприятий, в том числе 131 серийный завод, 139 ОКБ и институтов. Промышленность могла выпускать до 600 самолетов в год.
Заказчиками продукции были: Военно-воздушные силы (ВВС), Военно-морские силы (ВМФ), Министерство общего машиностроения (космос, ракеты), Министерство гражданской авиации (МГА). Это Генеральные Заказчики.
В настоящее время большинство заводов, КБ и институтов превратились в акционерные. Правительство является заказчиком через Министерство экономики.
Для успешного существования авиационной промышленности необходимо наличие целого ряда условий:
- наличие академических и отраслевых авиационных институтов и лабораторий для разработки теории полета, подготовки кадров и испытаний новой техники;
- наличие авторских коллективов по разработке летательных аппаратов, агрегатов, систем, приборов, двигателей;
- наличие заводов-изготовителей продукции;
- наличие аэродромов и их служб;
- наличие училищ по подготовке пилотов;
- наличие служб управления воздушным движением (УВД);
- наличие ремонтных заводов;
- наличие хорошо организованной, возможно государственной авиационной кампании для эксплуатации самолетов. А в настоящее время бывший Аэрофлот СССР распался на более чем 400 коммерческих компаний.
С 8 января 1998 года действует Закон РФ № 10-ФЗ "О государственном регулировании развития Авиации", который определяет правовые основы государственного регулирования. Цели государственного регулирования:
- содействие экономическому развитию РФ;
- укрепление обороны РФ;
- развитие научно-технического потенциала авиации;
- удовлетворение нужд физических и юридических лиц в воздушных перевозках;
- обеспечение конкурентоспособности авиации;
- обеспечение строительства аэродромов, аэропортов;
- создание рынка авиационных работ и услуг;
- создание системы лизинга гражданской авиационной техники.
Достаточно быстро стало понятно, что раздробление единого Аэрофлота на мелкие частные компании отрицательно сказалось на надежности и безопасности эксплуатации авиационной техники. Нарушилась регулярность полетов, участились катастрофы.
В авиационной промышленности наступил глубокий кризис. В 1997 году выпущено всего только 32 самолета, вместо нескольких сот самолетов. Прогнозируется до 2007 года выпуск только следующего количества самолетов: гражданских 50 – 70 в год, военных 15 – 25 в год, военных и гражданских вертолетов 20 – 40 в год, 25 машин на экспорт. Меняется структура авиационной промышленности. Будет создано 5 – 6 авиационных корпораций на базе самолетных КБ и заводов. Например, предприятие имени Туполева объединят с Ульяновским заводом "Авиастар", два вертолетных КБ имени Камова и имени Миля объединятся в одно вертолетное объединение, Московское КБ имени Ильюшина объединится с Воронежским самолетостроительным заводом и т.д.
Наиболее перспективными самолетами и вертолетами на ближайшее будущее являются следующие:
- истребители Су-37, Су-30МКИ, Су-34;
- штурмовик Су-39;
- амфибия А-40 и А-50;
- вертолеты Ка-50 (Черная акула), Ка-52 (Аллигатор), Ми-28Н;
- гражданские самолеты: Ил-96, Ил-114, Ту-204, Ту-214, Ан-38, Ан-70, Ан-77.
Пока из документов следует, что такие оригинальные ЛА, как экранопланы, не предусмотрено развивать. В сфере государственного влияния (но не государственные) останутся 39 самолетостроительных заводов и КБ, 11 двигательных предприятий, 47 приборных и агрегатных предприятий. Остальные предприятия (более 200) отпускаются на "свободу".
Для полного понимания особенностей авиационной промышленности полезно получить хотя бы краткие сведения о ведущих предприятиях – разработчиках самолетов и вертолетов.
АНТК им А.Н. Туполева. Прежнее название – "Опыт"
Основатель предприятия – Андрей Николаевич Туполев (1888 – 1972 гг.).
Первым самолетом Туполева был АНТ-1 в 1923 году. Это легкий спортивный моноплан. Выдающийся заслугой А.Н. Туполева считается разработка первого в мире цельнометаллического тяжелого бомбардировщика-моноплана ТБ-1 (АНТ-4). Его гражданский вариант – "Страна Советов" поразил всех конструкторов.
Всемирно известный восьми моторный гигант "Максим Горький" был построен А.Н. Туполевым в 1934 году за 1 год. На борт брал до 80 человек. Далее был самолет АНТ-25 в 1933 году, на котором В.П. Чкалов в 1937 году перелетел в США.
В начале пятидесятых годов был разработан первый в СССР дальний бомбардировщик Ту-16 со стреловидным крылом. На его базе построен самолет-ракетоносец ПВО.
В 1955 году был создан первый в мире реактивный пассажирский самолет Ту-104. Далее были Ту-134, Ту-154. В 1968 году был разработан первый в мире сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144. Первый полет он совершил 1 ноября 1977 года по маршруту Москва – Алма-Ата со скоростью 2300 км/ч на высоте 16 км.
В настоящее время заканчивается разработка пассажирского самолета Ту-204, который будет выпускаться на ульяновском самолетостроительном заводе "Авиастар". Теперь предприятие называется – "Авиационный научно-технический комплекс имени А.Н. Туполева" – АНТК им. А.Н. Туполева. Предприятие УКБП всегда имело тесные деловые отношения с коллективом АНТК.
А.Н. Туполев, выдающийся авиаконструктор, ученик Н.Е. Жуковского многое сделал для России. Это он организовал в г. Жуковском ЦАГИ – центральный аэрогидродинамический институт. Под его руководством в разное время работали авиационные конструкторы С.В. Ильюшин, Д.П. Григорович, В.М. Петляков, Н.Н. Поликарпов, С.А. Лавочкин. Многие из них в последствии организовали свои отдельные КБ.
Авиационный комплекс имени С.В. Ильюшина – ОАО АК им. С.В. Ильюшина
Организатором и Генеральным конструктором стал Сергей Владимирович Ильюшин. Свою инженерную деятельность он начал как конструктор спортивных и тренировочных самолетов и планеров. Этим занимались все авиаконструкторы. По его проекту в 1936 году был построен дальний бомбардировщик ДБ-3 (ЦКБ-30). Одна из модификаций получила название Ил-4, которых с 1940 по 1945 год было выпущено 6890 штук.
В 1939 году был построен бронированный штурмовик БШ-2 (ЦКБ-55). В 1941 году построен одноместный штурмовик Ил-2, который назвали "черной смертью" против пехоты противника и танков. С марта 1942 года Ил-2 стал двухместным (со стрелком). Этому самолету установлен памятник на берегу реки Истры под Москвой и на территории завода.
В послевоенные годы предприятием были разработаны пассажирские самолеты: Ил-18 (четырех моторный), Ил-62, Ил-86, Ил-96. Самолет Ил-62 начал эксплуатироваться с 1968 года как межконтинентальный. Он развивал скорость 950 км/ч, возил уже 195 человек. Самолет Ил-86 начал летать с 1976 года, и был разработан уже Г.Н. Новожиловым. Его скорость 950 км/ч, дальность 3600 км/ч, пассажиров 350 (аэробус широкофюзеляжный).
В настоящее время разработаны и внедряются в производство пассажирские самолеты Ил-96, Ил-114. С этим предприятием УКБП достаточно прочно и надежно сотрудничало на всем протяжении своего существования. На самолетах АК им. С.В. Ильюшина применялись все приборы и системы УКБП: ДАУ, САС-4, приборы скорости, КИСС.
ОАО "ОКБ им. Яковлева" (прежнее название "Скорость")
Московское авиационное предприятие было организовано в 1933 году авиационным конструктором Александром Сергеевичем Яковлевым. Как и многие конструкторы, вначале своей деятельности он занимался конструированием планеров, спортивных самолетов. До сих пор Як-18, Як-52Т используется для тренировки пилотов.
В 1940 году был разработан истребитель И-26, который превосходил немецкий истребитель Ме-109 по скорости. В серийном производстве этот истребитель получил наименование Як-1. В 1942 году на базе Як-1 создан массовый фронтовой истребитель Як-9. В 1943 году был разработан Як-3, который превосходил модификации немецких истребителей сразу на 100 – 120 км/ч. Он развивал скорость до 720 км/ч. Было выпущено 4848 таких истребителей.
До настоящего времени предприятие занимается разработкой, как военных, так и гражданских самолетов. К оригинальным военным следует отнести вертикально взлетающий истребитель Як-38. Этой фирмой разработаны и внедрены в серийное производство гражданские самолеты Як-40 и Як-42.
В военное время это предприятие занималось разработкой военных планеров, вертолетов, гидросамолетов, истребителей.
Разрабатываются легкие самолеты: Як-54 – двухместный, Як-112 – четырехместный, Як-58 – шестиместный. Возможно, в скором времени широкое применение найдут самолеты малой авиации (МА) на 2–9 человек.
ОАО "ОКБ Сухого"
Предприятие было организовано Павлом Осиповичем Сухим. Конструирование и опытное строительство самолетов в России в 1925 – 1936 годах осуществлялось в конструкторском бюро "Авиация, гидроавиация и опытное строительство" (АГОС) ЦАГИ и в Отделе сухопутного самолетостроения (ОСС), в Отделе морского опытного самолетостроения (ОМОС) под общим руководством А.Н. Туполева. Начальниками бригад там были конструкторы А.А. Архангельский, А.И. Путилов, В.М. Петляков, В.М. Мясищев, П.О. Сухой и другие ученики А.Н. Туполева.
В 1937 – 1938 годах КБ П.О. Сухого разработало бомбардировщик ББ-1 –потом под названием Су-2. Их было выпущено 500 штук. Позднее на базе Су-2 были разработаны бронированные штурмовики Су-2 и Су-8.
В послевоенные годы КБ под руководством П.О. Сухого было разработано много выдающихся конструкций истребителей и штурмовиков. Ныне это КБ под руководством М. Симонова разрабатывает и внедряет конкурентоспособные самолеты типа Су-27, Су-37, которые признаны лучшими в мире истребителями.
МАПО МиГ
Предприятие было организовано в 1939 году. Первыми руководителями его были Артем Иванович Микоян и Михаил Осипович Гуревич. Отсюда и название предприятие – МиГ. В это время правительство СССР поставило задачу перед авиационными конструкторами: в кратчайшие сроки создать новые боевые самолеты, которые по своим летно-тактическим данным должны превосходить самолеты фашисткой Германии. И особое внимание было обращено на разработку новых истребителей. Это было выполнено в течение семи – двенадцати месяцев под руководством конструкторов А.С. Яковлева, А.И. Микояна, П.О. Сухого и др.
Уже 5 апреля 1940 года в первый полет ушел МиГ-1 (И-200) почти одновременно с Як-1 и ЛаГГ-1 (конструкция С.А. Лавочкина, В.П. Горбунова и М.Н. Гудкова). Вскоре МиГ-1 был заменен на МиГ-3. На высоте полета более 5 км этот истребитель превосходил все самолеты мира. На малых высотах он уступал и Як-1 и ЛаГГ-3. МиГ-3 был принят на вооружение для защиты территории СССР в составе служб ПВО. Их было выпущено 3300 штук. На базе МиГ-3 было разработано 11 модификаций с поршневыми двигателями. Один из них И-225 в 1944 году достигал скорость 726 км/ч.
В 1945 году (перед окончанием ВОВ) был создан истребитель И-250(Н), на котором кроме поршневого двигателя был установлен и воздушно-реактивный двигатель с компрессором. Он развивал скорость 825 км/ч. И-250 стал переходным самолетом от поршневых самолетов к грозным реактивным "мигам" предприятия МиГ. Свой боевой счет на МиГ-3 открыл Герой Советского Союза А.Н. Покрышкин, сбив фашистский Ме-109.
Перед окончанием ВОВ правительство поставило задачу о развитии реактивной авиации. 24 апреля 1946 года в воздух взлетел реактивный истребитель И-300 (или МиГ-9). Он достигал скорость 965 км/ч с потолком Н=13 км.
В 1950 году МиГ-17 впервые в горизонтальном полете превысил скорость звука (V > 1225 км/ч). Далее были созданы знаменитые "МиГи": МиГ-19, МиГ-29 …
Из книги Гиннеса. СССР за один день 22 июня 1941 года потерял на Западной границе 1811 самолетов, из них 1489 были уничтожены на земле. Это мировой печальный рекорд. Среди этих самолетов было много истребителей МиГ-3. Получилось так, что истребители МиГ в Великой Отечественной войне практически не участвовали. А вот приятный факт в Книге Гиннеса – наибольшая высота полета 37650 м была достигнута летчиком А. Федоровым на самолете КБ МиГ Е-266М.
ОАО "ВНТК им. Камова"
Основателем предприятия является Николай Ильич Камов (1902 – 1973 гг.). В 1928 г. он создал первый советский автожир КАСКР-1 ("Иркутянка") (вместе с конструктором Н.К. Скржинским). Автожир – ЛА, несущие воздушные винты которого работают в режиме авторотации (они не соединены с двигателем). Аппарат взлетел 25 сентября и пролетел 250 метров. Далее Камов Н.И. работает в ЦАГИ и создает там автожир ЦАГИ А-7, который применялся в народном хозяйстве и даже в ВОВ.
Работа КБ Н.И. Камова была направлена для создания вертолетов соосной схемы с двумя винтами, вращающимися в разные стороны. В 1945 – 1946 гг. были построены вертолеты: Ка-8 и Ка-10, а потом Ка-15, Ка-18. На Ка-15 была достигнута скорость 170 км/ч. В 1965 году в небо поднялся универсальный вертолет "летающее шасси" Ка-26 (в том числе в сельскохозяйственном варианте). Летом 1959 года взлетел в небо винтокрыл, то есть самолет-вертолет, он развивал скорость 356,5 км/ч.
В настоящее время всему миру известны оригинальные вертолеты предприятия ВНТК им. Камова. В 1982 году появился Ка-50 ("Черная акула") – боевой ударный, одноместный для уничтожения бронетанковой техники, воздушных целей и живой силы. Эффективность наивысшая. Высокоманевренный. В 1997 году ушел в полет Ка-52 ("Аллигатор") – всепогодный, многоцелевой, двухместный, двухвинтовой вертолет. Модификация Ка-50. Первый полет – 25.06.1997 г. Ка-32А – многоцелевой, для перевозки людей, грузов, для производства спасательных работ, разгрузки-погрузки судов, монтажных работ. Выпускается серийно. Ка‑31 – для дальнего радиолокационного обнаружения низколетящих целей типа самолет, вертолет и надводных кораблей. Конкурентами вертолетов Камова могут быть лучшие вертолеты США типа "Апач" и перспективный вертолет США "Комач" фирмы "Боинг-Сикорский". Специалисты считают, что в новом тысячелетии настоящая техническая революция может наступить именно в вертолетостроении. Говорят, что уже сейчас их требуется около двух тысяч для обновления устаревшего парка.
ОАО им. Миля
Открытое акционерное общество имени М.Л. Миля было организовано авиационным конструктором Михаилом Леонтьевичем Милем (1909 – 1970 гг.). Имя М.Л. Миля стоит среди первых авиаконструкторов и вертолетостроителей в особенности. КБ во главе с М.Л. Милем было создано в 1947 году с целью создания одновинтовых вертолетов.
В 1949 году был разработан вертолет Ми-1.
В 1952 году разработан десантно-транспортный вертолет Ми-4, установивший 7 мировых рекордов и завоевавший золотую медаль в Брюсселе. Это был последний вертолет предприятия с поршневым двигателем. Первыми вертолетами с газотурбинной установкой были Ми-6, вертолет-кран Ми-10 и вертолет-гигант Ми-12. Вертолет-гигант Ми-12 может поднимать груз весом 40150 килограммов до высоты 2250 метров. Под мотогондолами Ми-12 могут размещаться самолеты Ту-144 и "Конкорд".
Важным этапом было создание экономичного комфортабельного 28-местного вертолета Ми-8, который по грузоподъемности превосходил в 2,5 раза вертолет Ми-4, а по скорости в 1,4 раза. Среди легких вертолетов следует назвать Ми-2, который выпускается в Польше. Лучшим современным военным вертолетом является вертолет Ми-28Н (ночной).
ТАНТК им. Г.М. Бериева
Основателем этого предприятия был Бериев Георгий Михайлович. Этот авиационный комплекс занимается разработкой и внедрением гидросамолетов, амфибий. Современными самолетами этого предприятия являются самолет амфибия А-40 с массой 86 тонн и многоцелевой самолет Бе-200. Самолет А-40 в пожарном варианте на скорости 250 км/ч сбрасывает 25 тонн воды.
О мощности авиационной промышленности свидетельствует темп выпуска самолетов во время Великой Отечественной войны. Всего за время войны было выпущено 137269 самолетов, в том числе по годам: 1942 год – 25436 самолетов, 1943 – 34900 самолетов, 1944 – 40300 самолетов, за полугодие 1945 года – 2090 самолетов. В этом числе было выпущено типов самолетов: штурмовиков Ил – свыше 39000 штук, истребителей Як – свыше 36000 штук, истребителей Ла – 22000 штук (Ла-5, Ла-7), истребителей МиГ-3 – 3300 штук, пикирующих бомбардировщиков Пе-2 – 11427 штук.
Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта.
В технической документации изделий чаще всего указываются технический ресурс, средняя наработка до отказа, назначенный ресурс, назначенный срок службы, гарантийный срок службы.
Важно отметить, что все эти характеристики изделия должны обладать способностью быть испытанными и измеренными, быть доказуемыми.
Технический ресурс – наработка изделия от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.
Предельное состояние – состояние изделия, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного состояния невозможно или нецелесообразно.
Средняя наработка до отказа – математическое ожидание наработки изделия до первого отказа.
Назначенный ресурс – суммарная наработка изделия, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено.
Назначенный срок службы – календарная продолжительность эксплуатации изделия при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено.
Гарантийный срок – часть назначенного ресурса, в течение которого завод-изготовитель несет материальную ответственность в процессе эксплуатации изделия (в течение гарантийного срока ремонт и замена производятся заводом без затрат для потребителя).
Параметры надежности назначаются, прежде всего, из соображений безопасности полета самолета, экономичности его разработки, изготовления и эксплуатации и конкурентоспособности. Эти показатели для аппаратуры конкретного самолета назначаются, исходя из его основных показателей. Желательно, чтобы приборы и системы имели назначенные ресурс и срок службы такие же, что и самолет (как говорят – "по планеру").
По мере совершенствования техники и технологии величины надежностных характеристик растут. Например, на базе мирового опыта эксплуатации установлено, что назначенный ресурс в настоящее время должен быть:
- 60 000 летных часов – для гражданских самолетов (таблица 1.1);
- 3 000 - 5 000 летных часов – для легких самолетов;
- 15 000 – для гражданских вертолетов.
Другие характеристики для гражданского самолета следующие:
- гарантийный срок хранения – 2 - 5 лет;
-общий срок службы – 20 – 25 лет;
-гарантийная наработка соответствует одному году наработки или около 2 000 летных часов в среднем.
Это ориентировочные показатели качества, которые устанавливаются в ТЗ. В дальнейшем они уточняются по мере накопления серийного выпуска и эксплуатации изделия.
Примеры:
Самолет Ил-62. Назначенный ресурс 35000 летных часов, назначенный срок службы 25 лет.
Самолет Як-42. Назначенный ресурс 20000 летных часов, назначенный срок службы 20 лет.
Самолет Ту-204. Назначенный ресурс 60000 летных часов, назначенный срок службы 20 лет.
Самолет Ил-96. Назначенный ресурс 60000 летных часов, назначенный срок службы 20 лет.
Военные самолеты, особенно истребители, имеют относительно низкие назначенные показатели надежности.
Таблица 1.1
| Тип | Расчетный ресурс | Достигнутая наработка | Число самолетов | ||
| Число полетов | Налет, час. | Число полетов | Налет, час. | ||
| В-707 | - | 60 000 | 33 300 | 65 200 | |
| В-720 | - | 60 000 | 52 400 | 60 600 | |
| В-727 | 50 000 | 60 000 | 46 000 | 46 400 | |
| В-737 | 75 000 | 51 000 | 55 300 | 36 400 |
В зависимости от характера отказов, их частоты повторения на самолете возникают различные особые ситуации: усложнение условий полета, сложная ситуация, аварийная ситуация и катастрофическая ситуация [4].
Самая сложная и опасная ситуация это катастрофическая особая ситуация, характеризующаяся тем, что при ее возникновении предотвращение гибели людей оказывается практически невозможным (гибель хотя бы одного человека через 10 часов после полета). Эта особая ситуация должна быть практически невероятная, с вероятностью ее появления менее Р=10-9. Разработчик изделия должен знать, не участвует ли оно в создании такой ситуации.
Обеспечение необходимой надежности самолета – задача сложная и комплексная. Инженеры говорят, что надежность закладывается в конструкции, обеспечивается в производстве и поддерживается в эксплуатации:
,
где Рк – надежность конструкции, Рп – надежность производства, Рэ – надежность эксплуатации.
Безопасность полета самолета необходимо обеспечивать совместными усилиями, как это сказано в НЛГС-3, НЛГВ-2. Борт самолета должен быть так оборудован и таким количеством реальных приборов и систем, чтобы обеспечивался необходимый уровень безопасности полетов, то есть полет без риска для жизни экипажа и пассажиров.
Основными факторами для этого являются:
- высокая надежность планера самолета;
- высокая надежность двигателя и каждого прибора и системы;
- высокая квалификация летчиков, их дисциплина;
- высокая квалификация обслуживающего персонала, его дисциплина;
- оптимальное комплектование приборов и систем;
- наличие специальных средств и систем безопасности.
За критерии безопасности в мировой практике приняты:
- либо относительный показатель по числу погибших пассажиров на 100 миллионов пассажиро-километр;
- либо количество катастроф на 100 миллионов километров налета самолета;
- либо количество катастроф на 100 тысяч часов налета парка однотипных самолетов;
- либо количество катастроф на 100 тысяч посадок.
В гражданской пассажирской авиации принят первый критерий – по числу погибших пассажиров. Ниже приведена таблица 1.2 катастроф за период с 1955 г. по 1989 г. За этот период заметно улучшился критерий безопасности, однако абсолютное количество погибших пассажиров не уменьшилось, что объясняется ростом пассажиро-емкости новых широкофюзеляжных самолетов типов Боинг, Ил, А-300, Ил-86, Як-42.
Отметим, что современные уровни назначенных ресурсов подтверждены практической наработкой отечест