Военное образование в России

Новости и учебные материалы

История гражданской авиации России: с возникновения воздухоплавания до 1945 года - Достижения в области авиационной науки, открывшие новый этап технического прогресса отечественной авиации

Достижения в области авиационной науки, открывшие новый этап технического прогресса отечественной авиации

К 30-м годам авиационные конструкторы и ученые как отечественные, так и зарубежные добились определенных достижений в повышении дальности и высоты полета серийных самолетов. В отличие от этих характеристик нарастание скорости шло весьма медленными темпами. Так, за 15 лет (с 1915 по
1930 г.) максимальная скорость истребителей увеличилась в 2 раза: со 140 –160 до 280 – 330 км/ч, а бомбардировщиков всего на 100 км/ч: со 100 – 120 до 200 – 220 км/ч. За это же время дальность серийных тяжелых самолетов выросла в 5 – 6 раз, а практические потолки полета в 3 – 4 раза.

Самый простой путь повышения скорости полета заключался в установке на самолет все более и более мощных двигателей, как это и делали конструкторы гоночных самолетов, предназначенных только для установления скоростных рекордов. Однако увеличение мощности двигателей вело к увеличению массы самолета и снижению его экономичности.

В результате научно-исследовательских работ отечественных ученых и конструкторов-моторостроителей были достигнуты большие успехи в увеличении мощности авиадвигателей при одновременном снижении их удельного веса и габаритов. Мощность серийных двигателей в 30-х годах возросла с 700 до 2000 л.с., а удельный вес уменьшился с 0,9 до 0,5 кг/л.с., т. е. почти вдвое.

Однако с ростом высоты полета вследствие уменьшения плотности воздуха мощность поршневого двигателя резко падает. Поэтому были созданы двигатели, снабженные одно- и двухступенчатыми нагнетателями воздуха. Они повышали давление воздуха перед его поступлением в цилиндры двигателя. В результате удалось сохранить мощность двигателя при подъеме до расчетной высоты. А сохранение мощности с подъемом на высоту вплоть до расчетной и одновременное падение плотности окружающего воздуха приводило к росту максимальной скорости.

Повысить максимальную скорость полета можно было и путем совершенствования аэродинамической схемы самолета. Лучшая аэродинамика обеспечивала снижение полного лобового сопротивления самолета. В нашей стране в середине 30-х годов на основе достижений аэродинамики, строительной механики, разработки точных методов прочностных расчетов, внедрения новых высокопрочных материалов начался постепенный переход от биплана на схему моноплана со свободнонесущим крылом для самолетов всех типов.

Наряду с переходом на монопланную схему уменьшения полного сопротивления самолета удалось достичь путем уменьшения площади крыла. Площадь крыла при заданной массе была уменьшена в 2 – 2,5 раза. Если меньше поверхность, то меньше и трение, а следовательно, и меньше вредное сопротивление крыла. Но уменьшение площади крыла привело к возрастанию удельной нагрузки на крыло со 100 кг/м2 у тихоходных грузоподъемных монопланов конца 20-х – начала 30-х годов до 170 кг/м2 у скоростных монопланов.

Однако крыло выдерживало такую удельную нагрузку благодаря, во-первых, новой конструкции крыла и, во-вторых, применению новых высокопрочных материалов и новой технологии.

Советские ученые решили задачу расчета свободнонесущего крыла с учетом работы балки в толстой жесткой обшивке крыла. Такая обшивка являлась частью конструктивно-силовой схемы крыла, принимая на себя силовую нагрузку, работала на сжатие и растяжение.

В те годы в самолетостроении стали широко применять дюралюминий, а также высокопрочные стали. Так, советскими учеными была разработана и внедрена в промышленность высокопрочная сталь хромансиль, занимающая и в настоящее время прочное место в силовых конструкциях самолетов всех типов. Наши ученые доказали возможность использования кремния и марганца в качестве легирующих элементов для сталей с высокими механическими свойствами, не уступающими хромоникелевым. Важными преимуществами этой стали являются незначительное количество легирующих добавок и отсутствие в ее составе молибдена и никеля, которые в то время закупались за рубежом. Наша страна первой в мире еще в 30-е годы широко внедрила сталь в самолетостроение.

Еще одним средством увеличения скорости полета являлось применение более тонких аэродинамических профилей. Относительная толщина профиля крыла (то есть отношение максимальной толщины к ширине, выраженное в процентах) была снижена до 12 – 15 % вместо 18 – 20 %, т.е. в полтора раза.

Однако уменьшение площади крыла, а также применение относительно тонких профилей крыла, повышая максимальную скорость полета, ухудшали такие важные летные свойства самолета, как длина разбега при взлете и пробега после посадки, а также снижали маневренность. Выход из этого положения был подсказан конструкторам самой природой: крыло птицы имеет высокую «механизацию». Это позволяет на взлетно-посадочных режимах получать большие значения коэффициента аэродинамической подъемной силы, что снижает скорость взлета и посадки.

Принципиальная схема механизированного разрезного крыла теоретически была обоснована еще в 1911 г. С. Чаплыгиным. В 1921 г. его работы по теории разрезного крыла были опубликованы в открытой печати. В ряде стран мира конструкторами были предложены для крыла закрылки, щитки, предкрылки и другие элементы механизации. В совокупности это привело к тому, что для улучшения взлетно-посадочных характеристик самолета начали применяться все эти средства механизации крыла с воздушными системами привода.

Для уменьшения сопротивления был осуществлен переход к фюзеляжам обтекаемой формы с круглым, эллиптическим или овальным поперечным сечением. Вместо тонкой гофрированной металлической обшивки тяжелых самолетов и матерчатой обшивки легких самолетов стали применять гладкую жесткую, работающую на сжатие и растяжение фанерную или металлическую обшивку крыла и фюзеляжа.

Благодаря потайной клепке, соединению листов обшивки встык, а не внахлест, гладкой окраске и полировке обшивки сопротивление трения также заметно уменьшилось.

Применение убирающегося шасси позволило увеличить максимальную скорость самолета на 15 – 20 % без увеличения мощности двигателя.

На двигателях жидкостного охлаждения стоявшие неподвижно лобовые радиаторы уступили место выдвижным, площадь которых можно было уменьшать по мере повышения скорости полета и нарастания интенсивности охлаждения. Следующим шагом было применение туннельных радиаторов. Их стали помещать в крыле, фюзеляже и мотогондоле. Таким путем сопротивление самолета было уменьшено в 1,5 – 2 раза. Скорость полета увеличилась на 20 –30% при той же мощности двигателя.

И, наконец, еще одно новшество 30-х годов – установка винтов изменяющегося шага. Воздушные винты фиксированного шага, применявшиеся до 30-х годов, рассчитывались на какой-либо определенный режим полета. На других режимах коэффициент полезного действия винта снижался. Первым выходом из положения было применение двухшагового винта, лопасти которого могли устанавливаться на малый шаг при взлете и подъеме и на большой шаг при максимальной скорости полета. Затем появились винты с непрерывно изменяющимся шагом и, наконец, винты-автоматы, лопасти которых автоматически устанавливаются так, что двигатель все время работает на наивыгоднейшем числе оборотов.

Винты изменяемого шага получили распространение на скоростных самолетах, обеспечив прирост максимальной скорости на 7 – 10 %, потолка на 18 – 20 %, тяги на взлете на 40 – 45 %, улучшив скороподъемность самолетов и увеличив дальность полета за счет уменьшения расхода топлива.

You are here: Главная Литература Авиация История гражданской авиации России: с возникновения воздухоплавания до 1945 года