Что такое авиационно-космические конструкции: авиация до первой мировой войны? Значение авиационно-космические конструкции: авиация до первой мировой войны в энциклопедии Кольера

К статье АВИАЦИОННО-КОСМИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ На протяжении первых десятилетий развития авиации конструкторы пытались оптимизировать конструкцию самолет а путем экспериментирования с различными вариантами и схемами. Оказалось, что многие конструктивные схемы, которые предлагались в заявках на изобретения в 1930-х годах, имели свои прототипы, которые уже предлагались в начале э того столетия, но были отвергнуты и с течением времени забыты. Одна существенная особенность , общая для всех самолетов , построенных до Первой мировой войны , заключалась в том, что на них применялись исключительно тонкие крылья . Тогда считалось, что требуемая подъемная сила может быть достигнута только на очень тонких , плоских или слегка изогнутых аэродинамических поверхностях. Такое тонкое крыло , подобное тонкой пластине, изгибается даже под действием небольшой нагрузки . Для того чтобы обеспечить требуемые жесткость и прочность , крыло подкреплялось наружными расчалка ми. Расчалочный моноплан . На раннем этапе развития авиации успешно использовались две компоновочные схемы самолетов - расчалочный моноплан (рис. 1,а) и биплан (рис. 2). Примерами монопланов являются самолеты конструкции Альберто Сантоса-Дюмона и Луи Блерио . Биплан ы конструировали братья Райт. Простой анализ равновесия сил и момент ов показывает, каким образом внешние расчалки и распорки усиливают прочность конструкции. На рис. 1,б видно , что вес G самолета уравновешен подъемной силой Y, возникающей при обтекании крыла воздушным потоком. Подъемная сила приложена на расстоянии d от центра тяжести и создает момент Yd. Этот момент должен быть уравновешен моментом сил реакции, поскольку система крыло - расчалка находится в равновесии, как показано на рис. 1,б. Под действием подъемной силы нижняя расчалка натягивается, а верхняя - ослабляется. Следовательно , в полете верхняя расчалка не передает никаких усилий на фюзеляж , и силы реакции будут возникать только в месте соединения крыла с нижней расчалкой. Это силы H на рис. 1,б. Их величина может быть вычислена из условия равновесия для моментов: Из этого простого алгебраического уравнения находим величину горизонтальной силы реакции H: Формула (2) показывает, что горизонтальная сила реакции тем меньше , чем больше расстояние h между крылом и местом крепления нижней расчалки к фюзеляжу. Когда самолет приземляется или движется по полосе, подъемная сила на крыле небольшая, так как она пропорциональна квадрату скорости. В таких условиях часть веса крыла должна удерживаться верхней расчалкой, а нижняя расчалка при этом разгружается. По этой причине верхняя расчалка называется "посадочной", или обратной, а нижняя - "полетной", или несущей. Тонкое крыло не способно выдерживать большие нагрузки. Поэтому необходимо увеличивать расстояние h, т.е. крепить несущую расчалку вблизи шасси , а верхнюю - к пилону, который в этих целях размещают над фюзеляжем. Расчалочный биплан. Для увеличения вертикальных расстояний при креплении расчалок была предложена конструкция биплана (рис. 2). Расстояние между верхним и нижним крыльями биплана соответствует расстоянию h, рассмотренному выше в связи с конструкцией моноплана, тогда как в качестве d принимается расстояние между распоркой и фюзеляжем. Уравнения (1) и (2) применимы к биплану, который позволяет увеличить высоту h по сравнению с монопланом. Авиационные материал ы . В конструкциях первых самолетов применялись в основном прочные породы дерева, такие, как ель и бамбук . Существовало мнение , что тяжелые материалы, вроде металлов , непригодны для изготовления авиационных конструкций. Сталь использовалась для расчалок. Древесина, несомненно , превосходный конструкционный материал, успешно воспринимающий изгибающие нагрузки при небольшом собственном весе. При этом внешние обводы крыла и фюзеляжа получали путем натягивания полотна на деревянный каркас. Проблема лобового сопротивления. Главным недостатком расчалочных конструкций является большое лобовое сопротивление (сила сопротивления поступательному движению аппарата в воздухе) вследствие наличия множества вспомогательных элементов конструкции, таких, как расчалки, распорки, колеса шасси, валы и амортизаторы посадочного устройства, которые подвергаются воздействию воздушного потока. Такой самолет мог развить относительно небольшую максимальную скорость (мировой рекорд скорости полета в 1910 составлял лишь 106 км/ч).