Прототип самолета

Первая мировая война

Почти сразу, как только был изобретён самолёт, его новые модели стали проектироваться с учётом военного использования. Первой страной, которая использовала самолёты в военных целях, была Болгария — её самолёты атаковали и проводили разведку османских позиций во время второй Балканской войны 1912-13 гг. Первой войной, в которой самолётам отводилась важная роль в наступлении, обороне и разведке, была Первая мировая война. И Антанта, и Центральные державы активно использовали самолёты в этой войне.

В то время как идея использования самолёта как носителя вооружения до Первой мировой войны всерьёз не принималась, в качестве разведчика, для фотографирования позиций противника самолёт использовался всеми крупнейшими государствами, принявшими участие в этой войне. Все основные армии в Европе имели лёгкие самолёты, обычно являвшиеся модификациями довоенных спортивных аппаратов, которые несли службу в разведывательных подразделениях. В то время как ранние самолёты отличались низкой грузоподъёмностью, вскоре оказались, что двухместные аппараты имеют большие практические перспективы.

Вскоре на самолётах появилось вооружение и начались первые воздушные бои, однако установка любого вида фиксированной огневой точки была проблематичной. Французы первыми решили эту проблему, когда в конце 1914 г. Ролан Гарро совместил пулемёт с главной осью самолёта, а первым воздушным асом стал Адольф Пегу, который первым одержал 5 воздушных побед, пока не погиб на фронте.

Лётчики того времени в глазах публики были окружены романтическим ореолом, они были современными рыцарями, ведя бои с врагами один на один. Ряд пилотов стали знамениты в связи со своими военными победами, наиболее известный из них — Манфред фон Рихтгофен, получивший прозвище Красный Барон, он сбил 80 самолётов в воздушных боях на нескольких типах самолётов, наиболее известным из которых был Fokker Dr.I. У союзников самым известным асом был Рене Поль Фонк, ему приписывается максимум 75 побед. Среди американских пилотов самым успешным асом был Эдди Рикенбакер с 26 победами.

Цифровой доппельгангер

Создание цифровой версии самолета на самых ранних этапах его разработки – это мировой тренд, которому с 1990-х годов следуют крупнейшие авиапроизводители, такие как Airbus и Boeing. Россия этот путь проходит с небольшим запозданием, но такая позиция позволяет нашим авиаконструкторам пользоваться наработками западных коллег и учитывать их опыт.

Цифровой прототип самолета, выполненный с соблюдением всех требований, является не просто набором сведений о машине, переведенным в электронный формат. Он становится важным инструментом взаимодействия и конкурентной борьбы. Прототип сокращает расходы на этапах проектирования и производства. Работа с ним может значительно уменьшить количество тестирований на стендах и летных испытаний, которые обычно «съедают» большую долю ресурсов.

Критическим моментом в цифровом проектировании самолетов является его единообразие и целостность. В создании самолета задействованы большие ресурсы, участвуют различные подразделения и подрядчики, часто распределенные по территории страны. Важно, чтобы все участники процесса использовали одно программное обеспечение, иначе могут возникать дорогостоящие казусы. Подобный прецедент имел место при строительстве самолета Airbus A380, когда французские и немецкие инженеры воспользовались разными версиями программы для проектирования. Проблема обернулась миллиардными потерями и двумя годами задержки выпуска авиалайнера.

В концепции «цифрового двойника» виртуальная модель не отбрасывается после создания изделия, а используется в связке со своим физическим двойником на протяжении всего жизненного цикла: на этапах тестирования, доработки, эксплуатации и утилизации. То есть цифровой прототип превращается в цифрового двойника.

На этапе проектирования цифровая копия позволяет быстро находить и исправлять ошибки в геометрии деталей, а в ходе эксплуатации виртуальная графическая среда помогает оперативно выявлять риски потенциальных неисправностей и аварий, а также сокращать затраты на обслуживание. Что бы ни приключилось с любой из систем самолета, все это заранее отразит цифровой двойник.

Нужно отметить, что использование цифровых двойников в мире только разворачивается, и здесь отечественные авиапроизводители вполне могут опередить зарубежных коллег.

От цифровизации к цифровой трансформации

Генеральный конструктор ОАК Сергей Коротков в статье для журнала «АвиаСоюз» предлагает различать цифровизацию авиастроения и цифровую трансформацию. Цифровые методы начали применяться в отрасли с конца 1950-х годов, с появлением первых ЭВМ. По сути, цифровизация – это решение уже существовавших ранее задач методами автоматизации. А цифровая трансформация – примета нашего времени, более глобальное изменение, характеризующееся появлением новых задач и новых технологий.

Так, перевод проектной документации из бумажного вида в цифровой можно рассматривать в русле цифровизации. А примером цифровой трансформации можно назвать применение в авиастроении «интернета вещей», технологий предиктивной аналитики, виртуальной реальности. Уже сегодня применяются технологии, которые позволяют не искать поломку в самолете – машина сама сообщает о неисправностях во всех деталях. Это направление активно развивается. Следующий этап – широкое внедрение возможности показать в виртуальной реальности проблемный узел и подсказать технику, как устранить отказ.

Однако, как показывает практика, цифровизацию от цифровой трансформации может отделять всего один шаг. Например, созданный на этапе проектирования цифровой прототип самолета в процессе дальнейшей работы превращается в полноценный цифровой двойник машины, а это уже совершенно новая технология и новые возможности. Налицо все признаки цифровой трансформации.

Эксперименты с планёрами заложили основу строительства аппаратов тяжелее воздуха, и в начале XX века прогресс в двигателестроении дал возможность управляемого полёта с двигателем, в том числе и реактивным.
С этого времени, авиаконструкторы изо всех сил пытались создать аппараты, которые были бы быстрее, летели дальше и выше, и имели бы более простое управление. Важные факторы, влияющие на прогресс в самолётостроении:

В начале XXI века, в развитии дозвуковой авиации наметилась тенденция на создание дистанционно управляемых или полностью автономных транспортных средств. Был создан целый ряд беспилотных летательных аппаратов. В апреле 2001 беспилотный самолёт RQ-4 Global Hawk пролетел от авиабазы Эдвардс в США до Австралии без остановок и дозаправок. Это — самый длинный перелёт между двумя пунктами, когда-либо совершённый беспилотным самолётом, время полёта составило 23 часа и 23 минуты. В октябре 2003 г. первый состоялся полностью автономный трансатлантический перелёт управляемого компьютером самолёта.

Concorde G-BOAB на хранении в лондонском аэропорту Хитроу после окончания полётов этого типа самолётов. Этот самолёт находился в воздухе 22296 часов с первого своего полёта в 1976 г. до последнего полёта в 2003 г.

В коммерческой авиации начало XXI века отмечено прекращением эксплуатации Concorde в 2003 году. Сверхзвуковые полёты оказались коммерчески несостоятельны, поскольку переход звукового барьера без негативных последствий был возможен только над океаном. Кроме того, Concorde имел слишком большой расход топлива и мог перевозить ограниченное количество пассажиров.

Нефтяной кризис и поиск альтернативных видов топлива

Первое столетие полётов с двигателем требовало роста производства жидкого топлива из нефти, и таким образом развитие авиации является символом эры нефти, в это время добыча и потребление нефти возрастали по экспоненте. В то время как другие важнейшие виды транспорта (автомобильный, железнодорожный, водный) также зависят от жидкого топлива, авиация зависит в значительно большей степени, так как другие доступные источники энергии (например, электрические батареи) недостаточно практичны для полётов.

С 2003 по 2008 годы цены на нефть выросли в 6 раз. В отличие от предыдущих кризисов, такое большое увеличение цены на нефть на этот раз не было связано с какими-либо существенными сокращениями поставок нефти или снижения её мировых запасов, а скорее с невозможностью стран-экспортёров нефти увеличить её добычу в достаточной мере, чтобы удовлетворить растущий спрос со стороны новых крупных потребителей нефти — быстрорастущих экономик, таких как Китай и Индия. Ряд исследователей считает, что пик нефти, возможно, уже прошёл, или его достижение будет неизбежным, а значит цены на нефть могут продолжать увеличиваться, возможно в течение многих лет, и до беспрецедентных уровней. Тем не менее, во второй половине 2008 года и, начиная с лета 2014 года, нефть испытала сильное снижение, что сказалось и на гражданской авиации.

Потребность в обеспечении топливом авиации (особенно военной авиации) привела к увеличению исследований дополнительные источников жидких топлив для авиации, таких как биотопливо. Увеличение производства большого количества жидких топлив по доступным ценам может быть одним из решений для авиации, если мировое нефтяное производство действительно фактически достигает максимума и входит в фазу необратимого снижения, как предсказано теорией пика нефти К. Хабберта.

Высокие цены на топливо могут стимулировать развитие самолётов схемы «летающее крыло» в связи с их более высокой топливной эффективностью.

1900—1914 «Эра Пионеров»

Первыми летательными аппаратами, которые стали выполнять регулярные контролируемые рейсы, стали мягкие дирижабли, позже названные «блимпы» (от англ. «толстяки», «неуклюжие»); самый успешный ранний проект этого типа летательного аппарата был разработан бразильцем Альберто Сантос-Дюмоном. Сантос-Дюмон эффективно установил на воздушный шар двигатель внутреннего сгорания. 19 октября 1901 года он стал всемирно известен, после того как на своём дирижабле «Номер 6» пролетел над Парижем из Сен-Клу, вокруг Эйфелевой башни и вернулся менее чем через тридцать минут, чтобы выиграть приз. После такого успеха своих дирижаблей Сантос-Дюмон спроектировал и построил ещё несколько аппаратов.

В то же самое время, когда мягкие дирижабли начали завоёвывать признание, развитие жёстких дирижаблей также не стояло на месте. Впоследствии именно жёсткие дирижабли смогли переносить большие грузы, чем самолёты, в течение многих десятилетий. Конструкция таких дирижаблей и её развитие связаны с деятельностью немецкого графа Фердинанда фон Цеппелина.

Строительство первых дирижаблей-Цеппелинов началось в 1899 году на плавающем сборочном цехе на Боденском озере в Заливе Манзелл, Фридрихсхафен. Такое инженерное решение было реализовано для того, чтобы упростить процедуру старта, поскольку цех мог плыть по ветру. Опытный дирижабль «LZ 1» (LZ обозначало «Luftschiff Zeppelin») имел длину 128 м и на нём были установлены два двигателя Даймлер мощностью 14,2 л. с. (10,6 кВ). LZ1 балансировался путём перемещения веса между двумя его гондолами.

Первый полёт Цеппелина состоялся 2 июля 1900 года. Он продолжался в течение всего 18 минут, поскольку LZ 1 был вынужден приземлиться на озеро после того, как механизм балансирования веса сломался. После ремонта аппарата технология жёсткого дирижабля успешно была испытана в последующих полётах, побив рекорд скорости на 6 м/с французского дирижабля «Франция» на 3 м/с, но этого ещё было недостаточно для привлечения значительных инвестиций в дирижаблестроение. Это произошло через несколько лет, в результате граф получил необходимое финансирование.

В 1910 году компанией была открыта первая в мире воздушная пассажирская линия Фридрихсхафен—Дюссельдорф, по которой курсировал .

После выдающихся успехов в астрономии и во время работы в Смитсоновском институте в качестве Секретаря, Самуэль Пирпонт Лэнгли начал серьёзные исследования в области аэродинамики в учреждении, которое называется сегодня Университетом Питтсбурга. В 1891 он издал детальное описание своих исследований — «Эксперименты в Аэродинамике», а затем начал конструировать свои аппараты. 6 мая 1896 «Аэродром Лэнгли номер 5» совершил первый успешный неуправляемый полёт габаритного аппарата тяжелее воздуха с двигателем. Он был запущен с помощью пружинной катапульты, установленной на вершине плавучего дома на реке Потомак около Квантико, Вирджиния. Два полёта были совершены в этот день, один на 1005 м и второй на 700 м, со скоростью около 41 км в час. В обоих случаях «Аэродром номер 5» был посажен на воду с целью сохранения аппарата целым, так как не был оборудован механизмом приземления.

28 ноября 1896 был совершён ещё один успешный полёт с «Аэродромом номер 6». Этот полёт был засвидетельствован и сфотографирован Александром Грэмом Беллом. Аппарат пролетел 1 460 м. «Аэродром номер 6» являлся модификацией более раннего аппарата «Аэродром номер 4». Тем не менее, изменения были настолько значительны, что он получил другой номер.

После успехов «Аэродрома номер 5» и «номер 6» Лэнгли начал искать финансирование для строительства полномасштабной версии аппарата, способного поднять человека. В условиях идущей Испано-американской войны американское правительство предоставило ему 50 000 долл. для создания летательного аппарата, способного переносить человека, для разведывательных целей. Лэнгли планировал строительство увеличенной версии, известной как «Аэродром А», и начал работу с меньшего аппарата, получившего название «Четверть Аэродрома», который дважды поднимался в воздух 18 июня 1901, и затем ещё раз с более современным и более мощным двигателем в 1903.

К базовому аппарату Лэнгли стал подбирать подходящий двигатель. Он заключил контракт со Стивеном Балзером на постройку одного из них, но был разочарован, так как его мощность составила только 8 л. с. (6 кВт) вместо требуемых 12 л. с. (9 кВт). Помощник Лэнгли, Чарльз М. Мэнли, после этого переработал проект в с двигателем со звездообразно расположенными пятью цилиндрами и водяным охлаждением, который развивал мощность 52 л. с. (39 кВт) при 950 оборотах в минуту, этот результат был удвоен только спустя годы. Имея двигатель и планёр, Лэнгли мог собрать аппарат, на которые возлагал большие надежды.

Построенный самолёт оказался слишком хрупким, потому что увеличение в размерах изначально маленьких моделей привело к созданию конструкции, которая была слишком тяжела, чтобы удержать себя. Два запуска в конце 1903 закончились падением «Аэродрома» в воду сразу после запуска.

Его попытки получить дальнейшее финансирование были неудачными, и вскоре после того как он прекратил работу, братья Райт совершили успешный полёт на своём аппарате Флайер.

Гленн Кёртисс сделал несколько модификаций «Аэродрома» и совершал успешные полёты на них в 1914 — таким образом Смитсоновский институт имеет основания утверждать, что «Аэродром» Лэнгли был первым аппаратом, «способным к полёту».

Эскиз Дика Хауэлла, 14 августа 1901.

14 августа 1901 года в Файрфилде, Коннектикут, Густав Уайтхед совершил полёт длиной около 800 м на оснащённом двигателем аппарате на 15-метровой высоте, о чём сообщили газеты Bridgeport Herald, New York Herald и Boston Transcript. Никаких фотографий полёта сделано не было, но существует рисунок самолёта в воздухе, сделанный репортёром Bridgeport Herald Диком Хауэллом, который присутствовал при полёте вместе с помощниками Уайтхеда и другими свидетелями. Эта дата предшествует первому полёту братьев Райт более чем на два года. Несколько свидетелей поклялись и подписали показания под присягой о ряде других полётов в течение лета 1901 до случая, описанного выше, который стал достоянием прессы.

Пример таких показаний:

(Согласно старым и современным картам это расстояние составляет около 200 м.)

Аэроклуб Бостона и промышленник Хорсман из Нью-Йорка нанимали Уайтхеда в качестве специалиста по ручным планёрам, авиамоделям, воздушным змеям и двигателям для летательных аппаратов. Уайтхед пролетел небольшое расстояние на своём планёре.

Уайтхед пролетел около 1 км в Питсбурге ещё в 1899. Этот полёт закончился крушением, когда Уайтхед попытался избежать столкновения с трёхэтажным зданием, пролетая над домом. После этого крушения Уайтхеду запретили любые дальнейшие эксперименты с полётами в Питсбурге. По этой причине он переехал в Бриджпорт.

В январе 1902, по его утверждению, он пролетел 10 км над Лонг Айленд Саунд на модернизированном Номер 22.

В 1930-х свидетели дали 15 подтверждённых присягой и подписанных показаний под присягой, большинство из них засвидетельствовало полёты Уайтхеда; каждый из них засвидетельствовал полёт над Саунд. Две современных точных копии его Номер 21 успешно совершили полёт.

Следуя принципу Лилиенталя прыжка перед полётом, братья построили и испытали ряд бумажных змеев и планёров с 1900 по 1902 год до того, как построить аппарат с двигателем. Планёры успешно летали, однако не так, как Райт ожидали, исходя из экспериментов и писем их предшественников XIX века. Подъёмная сила их первого планера, запущенного в 1900 году, составляла около половины ожидаемого уровня. Их второй планёр, построенный в следующем году, оказался ещё менее удачным. После этого Райт построили собственную аэродинамическую трубу и создали большое количество сложных устройств для измерения подъёмной силы и испытали около 200 проектов крыла. В результате Райт исправили свои ранние ошибки в вычислениях аэродинамических показателей крыла, хотя они не учитывали эффект Рейнольдса (известного с 1883 г.), который дал им ещё большее преимущество. Их испытания и вычисления позволили построить третий планёр, на котором они летали в 1902. Он был сделан намного лучше предыдущих моделей. В итоге, установив строгую систему проектирования, испытании в аэродинамической трубе и лётные испытания опытных полноразмерных образцов, Райт не только построили действующий самолёт, но также внесли вклад в современный подход к авиастроению.

Флайер-1 братьев Райт: первый подтверждённый полёт управляемого самолёта с двигателем

Братья Райт, по-видимому, являлись первой командой авиастроителей, которая проводила серьёзные исследования одновременного решения проблем управления и двигателей. Обе проблемы оказались трудными, но они никогда не теряли интереса к ним. В итоге они разработали и построили двигатель, который мог обеспечить необходимую мощность и решили проблему управления с помощью системы, известной как «перекос крыла». Хотя этот метод использовался только в течение очень короткого периода истории авиации, он был эффективен при низких скоростях полёта, этот метод стал ключевой точкой в развитии управления летательными аппаратами, приведя непосредственно к созданию современных элеронов. В то время как многие пионеры авиации, в вопросах безопасности полёта полагались в значительной степени на удачу, в проекте Райт учитывалась потребность полёта без неблагоразумного риска для жизни и здоровья, избегая аварий. Именно это, а не недостаток мощности, было причиной для низкой скорости и для взлёта при встречном ветре. Это было также причиной для конструкционного решения с центром тяжести сзади, схемы утка, и крыльев с отрицательным углом в поперечной плоскости.

Другие ранние полёты

Первая киносъёмка полёта, сделанная Уилбером Райтом 24 апреля 1909 г.

В то время, в 1900—1910 годах, большое количество других изобретателей совершило (или утверждало, что совершило) короткие полёты.

Лиман Гилмор объявил, что совершил полёт 15 мая 1902 года.

В Новой Зеландии, фермер и изобретатель из Южного Кентербери Ричард Пирс построил самолёт-моноплан, который, по сообщениям, поднялся в воздух 31 марта 1903 года.

из Ганновера совершил короткий полёт с двигателем в августе 1903 года, спустя несколько месяцев после Пирса. Конструкция крыла Ято и скорость полёта не позволяли его поверхностям управления работать таким образом, чтобы ими можно было управлять самолётом.

Также летом 1903 года, по утверждению свидетелей, Престон Уотсон, совершил свои первые полёты в Эррол недалеко от Данди на востоке Шотландии. И в этот раз, однако, недостаток фотографических или документальных свидетельств делает информацию о полёте труднопроверяемой. Многие заявления о первых полётах сложно однозначно проверить в связи с тем, что многие эти полёты были сделаны в очень низкой высоте, что, возможно, являются следствием экранного эффекта, а также есть определённые сложности в классификации полёта с двигателями и без.

Братья Райт провели целую серию полётов (около 150) в 1904 и 1905 году в Прерии Хаффман в Дейтоне, Огайо, свидетелями которых были их друзья и родственники. Газетные репортёры не освещали эти полёты, после неудачного полёта в мае 1904 г.

Публичные представления полётов на большой высоте были проведены Дэниелом Мэлони на планёре с двойным крылом Джона Монтгомери в марте и апреле 1905 года в Санта-Кларе, Калифорния. Эти полёты получили широкое освещение в американских СМИ и на них было продемонстрировано превосходное управление аппаратом, он поднимался на высоту до 1 200 м и приземлялся в заранее определённых местах.

Альберто Сантос-Дюмон совершил публичный полёт в Европе 13 сентября 1906 г. в Париже. Он использовал элеватор-утку и крыло с положительным углом, пролетел при этом расстояние в 221 м. Впервые самолёт не нуждался во встречном ветре и катапульте, поэтому часто этот полёт рассматривают как первый истинный полёт самолёта с двигателем. Также, так как более ранние полёты Пирса, Ято, Уотсона и братьев Райт получили меньше внимания в прессе, чем полёт Сантаса-Дюмона, он был очень важен с точки зрения привлечения внимания общества к авиации, особенно в Европе и Бразилии.

Два изобретателя, Анри Фарман и Джон Уильям Данн, также работали над машинами, оснащёнными двигателями. В январе 1908 года Фарман выиграл Гран-при на аппарате, который пролетел 1 км, хотя к этому времени были уже совершены и более дальние перелёты. Например, братья Райт покрыли расстояние к 1905 году. Ранняя работа Данна финансировалась британскими вооружёнными силами, и испытания проводились в условиях повышенной секретности в Глен Тилт в Хайленде. Его лучший из ранних проектов, D4, поднялся в воздух в декабре 1908 г. недалеко от Блэр Атолл в Пертшире. Главный вклад Данна в развитие ранней авиации был в стабильности полёта, которая была ключевой проблемой у самолётов братьев Райт и Сэмюэла Коди.

14 мая 1908 года братья Райт совершили первый полёт самолёта с двумя людьми на борту, пассажиром был Чарли Фёрнас.

8 июля 1908 Тереза Пельте стала первой женщиной, которая поднялась на самолёте в качестве пассажира, совершив полёт на 200 м с Леоном Делагранжем в Милане, Италия.

Томас Селфридж стал первым человеком, погибшим в авиакатастрофе самолёта 17 сентября 1908 года, когда самолёт, пилотируемый Орвиллом Райтом и пассажиром которого был Селфридж, разбился во время испытаний для заключения контракта с Армией США в Форт Майр в Вирджинии.

В конце 1908 года госпожа Харт О. Берг стала первой американкой, которая стала пассажиром самолёта, пилотом был Уилбер Райт, полёт состоялся в Ле-Ман, Франция.

25 июля 1909 года Луи Блерио на моноплане Blériot XI пересёк Ла-Манш, получив приз газеты Daily Mail. Его полёт из Кале в Дувр продолжался 37 минут.

22 октября 1909 г. Раймонд де Ларош стала первой женщиной-пилотом, совершившей одиночный полёт на аппарате тяжелее воздуха с двигателем. Она же стала первой женщиной в мире, которая получила лицензию пилота.

Разногласия по вопросу приоритета в создании самолёта состояли в том, что Пирс и Ято не утруждали себя информированием прессы о своих изобретениях, в отличие от братьев Райт, которые запатентовали своё изобретение и провели серьёзную рекламную кампанию, кроме того, многие первые самолёты, возможно, были лишь простейшими изобретениями. Например, румынский инженер Траян Вуя (1872—1950), как утверждалось, построил первый самодвигающийся аппарат тяжелее воздуха, способный самостоятельно взлетать без использования встречного ветра и полностью управляемый его собственным двигателем. Вуя пилотировал самолёт, который он разработал и построил 18 марта 1906 г., в Монтессоне около Парижа. Ни один из его полётов не был длиннее 30 м. Для сравнения, в октябре 1905 г., братья Райт уже совершили полёт 39 минут и дальностью 39 км.

23 мая 1910 года был совершён первый в России удачный полёт самолёта российской конструкции Кудашев-1. Кроме Кудашева, в этом же году были совершены полёты аэропланов конструкции Сикорского и Гаккеля.

В 1877 г. Энрико Форланини создал беспилотный вертолёт, оснащённый паровым двигателем. Он поднялся на высоту 13 метров, где оставался в течение около 20 секунд, вертикально взлетев в парке в Милане.

Вертолёт Поля Корню, построенный в 1907 г., был первой летающей машиной, которая поднялась над землёй, используя крутящиеся лопасти вместо крыльев.

Первый гидросамолёт был построен в марте 1910 французским инженером Анри Фабром. Он получил имя Le Canard (‘утка’), он взлетел с воды и пролетел 800 метров во время первого рейса 28 марта 1910 г. Эти эксперименты были поддержаны пионерами авиации Габриелем и Шарлем Вуазенами, которые приобрели несколько поплавков Фабра и установили их на свой самолёт Canard Voisin. В октябре 1910 Canard Voisin стала первым гидросамолётом, который пролетел над рекой Сеной, а в марте 1912 г. первым гидросамолётом, стартовавшем с авианосца La Foudre (‘молния’).

В 1914 году в США с использованием гидросамолётов была открыта первая в мире использующая самолёты коммерческая пассажирская авиалиния Сент-Питерсберг—Тампа.

Будущее, прототипы, исследования

• NASA X-43 (Boeing X-43)
• Boeing X-51

Беспилотник Александра Липпиша

Dornier Aerodyne — это беспилотный бескрылый самолет. Задуманный Александром Липпишем, он был разработан и построен Дорнье по поручению Федерального министерства защиты Германии. Липпиш стал членом группы.

Два белых рыцаря

Scaled Composites модель номер 348 под кодовым именем «Два белых рыцаря» — реактивный грузовой самолет, который используется для поднятия космического корабля SpaceShipTwo при сбросе высоты.

Самолет-игла

NASA ad-1 был тестовым самолетом, который проходил испытания между 1979 и 1982 годами в центре летных исследований NASA Dryden в Калифорнии.

Вот так технологии

Судя по данным фото, кажется невозможным, что некоторые из них вообще способны оторваться от земли! Лично меня поразила бескрылая турбина-беспилотник Александра Липпиша. Самолет ведь не может летать без крыльев, правда же?

1918—1939 («Золотой Век»)

Годы между Первой и Второй мировыми войнами отмечены существенным прогрессом в технологии самолётостроения.

За этот период от самолётов, построенным главным образом из древесины и ткани, конструкторы пришли к почти полностью алюминиевым аппаратам. Развитие двигателей также шло быстрыми темпами, от бензиновых двигателей с водяным охлаждением до роторных и радиальных с воздушным охлаждением, с относительным увеличением мощности двигателя. Движущей силой прогресса стали многочисленные призы за рекорды скорости и дальности. Например, Чарльз Линдберг выиграл Приз Ортега за первый индивидуальный безостановочный трансатлантический перелёт $25000, однако это был не первый безостановочный перелёт. Восьмью годами ранее капитан Джон Олкок и лейтенант Артур Браун на бомбардировщике Vickers Vimy без остановок совершили перелёт из Сент-Джона, Ньюфаундленд в Клифден, Ирландия 14 июня 1919 г., выиграв приз £10000 ($50000) (приз Нортклифф).

После Первой мировой войны опытные лётчики—истребители стремились продемонстрировать свои новые навыки. Многие американские пилоты стали выступать в летающих цирках, гастролируя по небольшим городам по всей стране, демонстрируя свои полётные навыки и организовывая перевозки пассажиров. В конечном счёте эти лётчики стали объединяться и проводить более организованные авиашоу. Авиационные шоу перемещались по всей стране, показывая воздушные гонки и акробатические трюки. Воздушные гонки подстегнули развития двигателя и развитие корпуса — например, Кубок Шнейдера привёл к созданию более быстрых и более обтекаемых проектов монопланов, наилучшим из которых стал Supermarine S.6B, прямой предшественник Spitfire. Денежные призы увеличивали конкуренцию среди пилотов и конструкторов и значительно ускоряли прогресс. Амелия Эрхарт была, возможно, наиболее популярной из участников многочисленных авиашоу. Она была также первой женщиной, которая ставила рекорды вроде перелёта через Атлантику и Ла-Манш.

Первым аппаратом легче воздуха, пересёкшим Атлантику, стал британский дирижабль R34, который в июле 1919 г. с командой на борту совершил перелёт из Восточного Лотиана, Шотландия на Лонг-Айленд, Нью-Йорк, а затем вернулся в Пулхэм, Англия.
К 1929 г., технология дирижаблестроения продвинулась до весьма высокого уровня; дирижабль (цеппелин) «Граф Цеппелин» в сентябре и октябре начал первые трансатлантические рейсы. Тем не менее, эра дирижаблей завершилась в 1937 г., после катастрофы наполненного водородом «Гинденбурга» в Лэйкхёрсте, Нью-Джерси. После этой резонансной катастрофы «Гинденбурга», дирижабли перестали использоваться, несмотря на то, что большая часть людей в этой катастрофе выжила. «Гинденбург», а также более ранняя катастрофа дирижабля «Winged Foot Express» 21 июля 1919 г. в Чикаго, в которой погибло 12 гражданских лиц, отрицательно повлияли на репутацию дирижаблей как надёжных летательных аппаратов. Заполненные взрывоопасным газом дирижабли редко горели и терпели аварии, однако их катастрофы причиняли намного большие разрушения по сравнению с самолётами того времени. Общественный резонанс от катастрофы дирижабля был несравнимо выше, чем от катастроф самолётов, и активная эксплуатация дирижаблей была прекращена. Возможно, этого бы не случилось, если бы компания Цеппелина имела доступ к достаточному количеству гелия. В то время наибольшими запасами гелия располагали США, однако немецкая компания в то время едва ли могла рассчитывать на поставки гелия из США.

Самолёт DeHavilland, 1930-е гг.

В 1929 г. Джимми Дулиттл разработал пилотажно-навигационные приборы.

Реактивная авиация:
В 1930-е гг. разработка реактивного двигателя началась в Германии и в Англии. В Англии Фрэнк Уиттл запатентовал разработанный им реактивный двигатель в 1930 г. и в течение десятилетия работал над его усовершенствованием. В Германии Ханс фон Охайн запатентовал свою версию реактивного двигателя в 1936 г. и начал работу над его усовершенствованием. Эти два человека работали независимо друг от друга, и к концу Второй мировой войны и Германия, и Великобритания строили реактивные самолёты.

Холодная война

Первые полёты в истории человека (1945)

После Второй мировой войны быстро развивалась коммерческая авиация. Первоначально в коммерческих целях использовались бывшие военно-транспортные самолёты. Этот рост был значительно ускорен тем, что после войны существовал переизбыток тяжёлых и сверхтяжёлых бомбардировщиков, таких как Б-29 и «Ланкастер», которые могли быть переделаны в коммерческие самолёты. Транспортный DC-3 также был одним из популярнейших коммерческих самолётов, имевших военное прошлое.

Наступала эра реактивной авиации.
Октябрь 1947 года — Чарльз Йегер на самолёте-ракете Bell X-1 (с ракетным двигателем) превысил звуковой барьер (хотя существуют свидетельства, что некоторые лётчики-истребители, возможно, превышали скорость звука во время войны в процессе бомбометания в пикировании, это был первый управляемый полёт, во время которого было официально зафиксировано превышение скорости звука).
26 декабря 1948 г. — советский лётчик-испытатель О. Соколовский впервые в СССР достиг скорости звука на реактивном истребителе Ла-176.

Дальность полёта также увеличивалась — были совершены беспосадочные полёты на реактивных самолётах из США в Европу и в Австралию (в 1948 и 1952 годах соответственно).

Первым серийным коммерческим реактивным самолётом стал британский De Havilland Comet (январь 1951). В 1952 г. британская государственная авиакомпания BOAC начала осуществлять регулярные рейсы на «Кометах». Однако к маю 1954 г. произошло четыре катастрофы Комет и свидетельство лётной пригодности было аннулировано.
Ко времени выяснения причин катастроф и их устранения поднялись в небо другие модели реактивных пассажирских самолётов.

15 сентября 1956 года — советская авиакомпания Аэрофлот стала осуществлять регулярные перевозки на реактивных самолётах (Ту-104). Появление Boeing 707 ознаменовало начало массовых коммерческих пассажирских авиаперевозок. Трансконтинентальные и трансокеанские авиаперевозки турбовинтовыми и турбореактивными лайнерами оказали сильнейшую конкуренцию железным дорогам и океанским лайнерам, причём, последним настолько сильную, что практически привело в 1960-х к полному их вытеснению из области регулярных пассажирских перевозок. Железные дороги в развитых странах оказали сопротивление ближнемагистральной авиации за счёт внедрения высокоскоростных магистралей Синкансен и TGV.

На создание в СССР бомбардировщиков дальнего действия, которые могли доставить ядерное оружие в Европу и Северную Америку, Запад решил ответить созданием самолёта-перехватчика (который мог перехватить и уничтожить бомбардировщики прежде, чем они бы достигли места назначения) — канадское правительство поддержало разработку Avro Canada CF-105 Arrow, для этого и предназначенного. Это был самый быстрый самолёт своего времени. Однако в 1955 концепция изменилась и вместо перехватчика НАТО решило производить противовоздушные ракеты с ядерными боеголовками, в результате чего проект CF-105 в 1959 году был свёрнут.

1967 год — X-15 установил рекорд скорости самолёта — 7 297 км/ч (6,1 М). За исключением аппаратов, предназначенных для полёта в космосе, этот рекорд был побит X-43 только в XXI веке (12 144 км/ч (9,8 М)).

Аполлон-11 стартует, доставляя первого человека на Луну

В тот же самый год, когда Нил Армстронг и Базз Олдрин высадились на Луну, в 1969-м, совершил свой первый полёт Boeing 747. Этот самолёт и сегодня — один из самых распространённых крупных (широкофюзеляжных) пассажирских самолётов, и перевозит миллионы пассажиров ежегодно.

В 1975 году Аэрофлот начал регулярные рейсы на Ту-144 — первом сверхзвуковом пассажирском самолёте. В 1976 году British Airways начали трансатлантические рейсы на сверхзвуковом самолёте Конкорд. Несколькими годами ранее военный разведывательный Lockheed SR-71 установил рекорд, когда пересёк Атлантику менее чем за 2 часа.

Аэроцикл

Аэроцикл HZ-1, также называемый YHO-2 и названный производителем DH-four Heli-Vector, — это американская разработка под кодовым названием «личный вертолет для одного человека», разработанный по подобию вертолета de Lackner в середине 1950-х годов.

Цифровая среда для новых самолетов

На предприятиях ОАК еще в 1990-е годы применялся метод создания 3D-моделей самолетов. Однако именно в последнее десятилетие цифровые технологии не просто упростили и ускорили работу российских авиастроителей, но и в корне меняют многие процессы в создании авиатехники.

Например, РСК «МиГ» использует «безбумажные» чертежи и трехмерные технологии, которые позволяют существенно сократить срок создания нового самолета. А «Сухой» создает цифровые двойники своих машин, облегчающие прогноз поведения техники в небе еще до начала испытаний. Работа с подрядчиками по всей стране проходит дистанционно в режиме «онлайн» с использованием общих проектных платформ. «Туполев» и «Ильюшин» тоже строят самолеты в «цифре».

Одним из лидеров по внедрению цифровых технологий в самолетостроении является «Иркут», где «цифрой» охвачены практически все уровни и рабочие процессы. Перевод «железа» в математические модели позволил сократить разработку авиалайнера МС-21 на месяцы, а то и на годы.

Использование цифровых платформ при создании техники позволяет объединить всех участников процесса: конструкторов и технологов, производственные предприятия, КБ и НИИ, а также эксплуатантов техники. Они аккумулируют информацию о самолете в единую базу знаний, которая обновляется на протяжении всего жизненного цикла изделия.

Модельно-ориентированный подход и новые цифровые технологий при проектировании авиационной техники применяют не только предприятия ОАК, но и российские вертолетные КБ. Новое поколение легендарной «восьмерки» − многоцелевой вертолет Ми-171А2 – сейчас находится в процессе перевода в «цифру». Сотрудники «Вертолетов России» создают валидированную комплексную компьютерную модель машины. Следующие претенденты на оцифровку – вертолеты Ка-226 и «Ансат».

Александр Макеев

Sikorsky S-72 превратился в экспериментальный гибридный вертолет/самолет с фиксированными крыльями, разработанный с использованием вертолета производителя Sikorsky plane.

La France в 1884 году, первый полностью управляемый дирижабль

Первый общеизвестный полёт человека был совершён в Париже в 1783 году Жан-Франсуа Пилатр де Розье и маркиз де Арландес пролетели 8 км на воздушном шаре разработки братьев Монгольфье, наполненном горячим воздухом. Воздушный шар нагревался огнём от сжигаемой древесины и не был управляемым, то есть перемещался по воле ветра.

Управляемый воздушный шар Жиффара, 1852

Запуск воздушных шаров-зондов стал популярным развлечением в Европе в конце XVIII века, таким образом человек начал покорять высоту и атмосферу.

Работа над созданием управляемого воздушного шара (дирижабля) (который получил название воздушный корабль) продолжалась в течение 1800-х годов. Первый управляемый оснащённый паровым двигателем аппарат легче воздуха поднялся в 1852 году, когда француз Жиффар

Неуправляемые воздушные шары применялись во время Гражданской войны в США армией Союза.

Следующий технологический прорыв был совершён в 1884 году, когда был осуществлён первый полностью управляемый свободный полёт на французском военном дирижабле с электрическим двигателем La France Шарлем Ренаром и Артуром Кребсом. Длина дирижабля составила 52 м, объём — 1 900 м³, за 23 минуты было покрыто расстояние в 8 км при помощи двигателя мощностью 8 1/2 л. с.

Тем не менее, эти аппараты были недолговечны и чрезвычайно непрочны. Регулярные управляемые полёты не совершались до появления двигателя внутреннего сгорания.

Однако дирижабли использовались и в Первой, и во Второй мировых войнах, и продолжают ограниченно использоваться и в наши дни, но их развитие было в значительной степени заторможено развитием аппаратов тяжелее воздуха.

К лучшему пониманию

Первой печатной публикацией об авиации были «Эскизы машины для полёта по воздуху» Эммануила Сведенборга, изданные в 1716 г. Эта летающая машина состояла из лёгкого каркаса с натянутой на него крепкой тканью и имела два больших весла или крыла, двигающихся на горизонтальных осях таким образом, что при движении вверх они не встречали сопротивления, а при движении вниз создавали подъёмную силу. Сведенборг знал, что эта машина не будет лететь, но рассматривал её как отправную точку и был уверен, что проблема будет решена. Он говорил:

кажется, что легче говорить о такой машине, чем создать её в действительности, поскольку она требует большей силы и меньше веса, чем есть в человеческом теле. Наука механика могла бы, возможно, предложить способ, а именно использовать сильную спиральную пружину. Если эти преимущества и требования были бы достигнуты, возможно однажды найдётся тот, кто — то сможет понять, как лучше использовать наш эскиз и изыскать возможность сделать дополнения, которые позволят достигнуть того, что мы можем только предложить. Всё же в природе есть достаточно доказательств и примеров, когда такие полёты могут быть безопасными, тем не менее, когда настанет время первых испытаний, вам, вероятно, придётся заплатить за этот опыт, но вы не сможете обойтись силой рук или ног.

Сведенборг показал в своей работе, что наличие двигателя у летательного аппарата является важнейшим условием полёта.

В последние годы XVIII века сэр Джордж Кэйли провёл первое серьёзное изучение физики полёта. В 1799 году он создал схему планёра, которая, за исключением вертикальной проекции, полностью соответствовала современным, хвост его использовался для управления, а пилот находился ниже центра масс для обеспечения стабилизации полёта; эта модель совершила полёт в 1804 году. За последующие пятьдесят лет Кэйли продолжал работать над физикой полёта, за это время он изучил большую часть основ аэродинамики и ввёл такие термины как подъёмная сила и лобовое сопротивление. Он использовал двигатели внутреннего и внешнего сгорания, в качестве топлива для которых использовался порох, но остановился на резиномоторе Альфонса Пено, что позволяло делать модели с двигателем более простыми. Позднее Кэйли использовал его исследования для постройки полномасштабного аппарата, который совершил беспилотный полёт в 1849 году, а в 1853 году был совершён уже пилотируемый короткий полёт в Бромптоне недалеко от Скарборо в Йоркшире.

В 1848 году Джон Стрингфеллоу осуществил успешный испытательный полёт модели с паровым двигателем, в Чарде, Сомерсет, Англия. Эта модель была ‘беспилотной’.

В 1863 году в Париже изобретатель Понтон д’Амекур, его друг моряк и писатель де Лаландель и фотограф, писатель и воздухоплаватель Надар издали манифест, в котором они призвали всех изобретателей и исследователей в вопросах управляемого полёта приложить все силы и знания, для разработки управляемых летательных аппаратов тяжелее воздуха. В частности в манифесте есть следующие слова:

В 1868 году француз Жан-Мари Ле Бри совершил первый полёт, при котором поднялся выше точки старта, на своём планёре L’Albatros artificiel с помощью конной тяги на берегу. Ле Бри по сообщениям достиг высоты 100 метров, преодолев расстояние 200 метров.

В 1874 году Феликс дю Тампль в Бресте (Франция) построил Моноплан, большой самолёт из алюминия, с размахом крыла 13 метров и весом 80 кг (без пилота). Было произведено несколько испытаний, стартовал планёр с трамплина, полёт продолжался короткое время и благополучно возвратился.

Развитие авиации набирает темп

1880-е годы стали периодом интенсивного изучения, для этого времени были характерны исследования «учёных джентльменов», которые вносили наибольший вклад в науку до XX века. Началом в исследованиях 1880-х было строительство первых действительно практически пригодных к эксплуатации планёров. Основной вклад внесли три человека: Отто Лилиенталь, Перси Пильчер и Октав Шанют. Один из первых действительно современных планёров был построен Джоном Дж. Монтгомери; он совершил управляемый полёт недалеко от Сан-Диего 28 августа 1883 года Дельтаплан Вильгельма Кресса был построен в 1877 году недалеко от Вены.

Немец Отто Лилиенталь повторил опыты Венхэма и значительно развил его в 1874 году, издав его исследования в 1889 году. Он также сконструировал ряд лучших по своему времени планёров, и в 1891 году уже мог совершать полёты на 25 метров или более. Он строго документировал свою работу, включая фотографии, и по этой причине он считается одним из самых известных ранних пионеров авиации. Он также продвигал концепцию «подпрыгнуть прежде, чем полететь», которая заключалась в том, что изобретатели должны начать с планёров и суметь их поднять в воздух, вместо того, чтобы просто разрабатывать машину с двигателем на бумаге и надеяться, что она будет работать. Его тип летательного аппарата сегодня известен как ручной планёр.

Ко времени его смерти в 1896 году он совершил 2500 полётов на разных аппаратах, когда порыв ветра сломал крыло его последнего планёра, в результате чего Лилиенталь упал с высоты получив перелом позвоночника. Он умер на следующий день, его последними словами были: «жертвы должны быть принесены».

Продолжив дело Лилиенталя, Октав Шанют рано вышел в отставку, и финансировал строительство нескольких планёров. Летом 1896 года несколько его аппаратов совершили серию полётов на Миллер Бич, Индиана, и в конечном счёте он сделал вывод, что наиболее удачной конструкцией был биплан. Также как и Лилиенталь, он документировал всю свою работу и фотографировал её результаты, кроме того, он вёл переписку со многими энтузиастами авиации со всего мира. Шанют особо интересовался решением проблемы естественной стабильности летательного аппарата в полёте, то, что птицы исправляли инстинктивно, но то, что люди должны будут делать вручную. Основной проблемой была продольная стабильность, потому что, поскольку угол атаки крыла увеличился, центр давления смещался вперёд и увеличивал угол атаки ещё больше. Без немедленного исправления аппарат неизбежно сваливался.

В течение этого периода было сделано множество попыток сконструировать самолёт, оснащённый двигателями. Однако большинство этих усилий было обречено на неудачу, так как они разрабатывались любителями, которые не имели полного понимания проблем, изучаемых Лилиенталем и Шанютом.

Чертежи моноплана А. Ф. Можайского

Изображение Eole Клемента Адера, который совершил первый полёт под двигателем в истории

‘Avion III Клемента Адера (фото 1897)

Француз Клемент Адер успешно запустил Eole, оснащённый паровой машиной, сделав короткий 50-метровый полёт недалеко от Парижа в 1890 году. После этого испытания он немедленно начал большой проект, который занял пять лет. Однако построенный им в итоге аппарат Avion III оказался слишком тяжёл и был едва способен оторваться от земли.

Сэр Хайрам Стивенс Максим изучил ряд проектов в Англии, после чего сконструировал огромный аппарат весом 3175 кг с размахом оснащённый двумя модернизированными облегчёнными паровыми двигателями мощностью 180 л. с. (134 кВт) каждый. Максим построил этот аппарат для изучения основных проблем конструкции и двигателей, но не управления, и, понимая, что полёт будет опасным, он испытывал его на специально построенном для этого рельсовом пути длиной 550 м. После большого числа испытательных пробегов, прошедших без каких-либо проблем, 31 июля 1894 года началась серия пробегов при увеличивающейся мощности двигателей. Первые два были успешны, аппарат «летел» на рельсах. Тогда днём запустили три котла на полную мощность, и после достижения скорости 68 км/ч, машина взлетела настолько резко, что столкнулась с верхним рельсом, сделанным специально для ограничения высоты полёта (по иронии судьбы, он должен был обеспечивать безопасность испытаний), и разбилась сразу после этого. Средства заканчивались, и до 1900-х годов изобретатель продолжать свою работу не мог, однако впоследствии он смог проводить испытания меньших аппаратов на бензиновых двигателях.

В Великобритании попытка создания аппарата тяжелее воздуха была предпринята пионером авиации Перси Пильчером. Пильчер построил несколько рабочих планёров, Летучая мышь, Жук, Чайка и Ястреб, на которых он успешно летал в середине-конце 1890-х годов. В 1899 году он построил опытный образец самолёта с двигателями, который, как показало недавнее исследование, был способен к полёту. Однако Пильчер умер после несчастного случая с планёром прежде, чем он смог проверить это, и о его планах забыли на многие годы.

В 1904 году русский учёный Николай Егорович Жуковский, который может считаться «отцом аэродинамики», сформулировал теорему, дающую количественную величину подъёмной силы крыла самолёта; а также определил основные профили крыльев и лопастей винта самолёта; разработал вихревую теорию воздушного винта.

Развитие авиации в России

Lockheed Martin P-791 — экспериментальный аэростатический и аэродинамический гибридный дирижабль, разработанный компанией Lockheed Martin.