Как устроены аэропланы

Как устроены аэропланы

Из предыдущих страниц этой книги можно было видеть, что аэроплан является теперь и, по всей вероятности, останется самым важным из приборов, служащих для передвижения по воздуху.

Указывалось также в общем, как он сделан. Теперь познакомимся с этим более подробно и разберемся, из каких главных частей состоит обычный аэроплан, для чего и каким образом они служат. Аэроплан, обыкновенно, состоит из следующих частей:

1. Несущая поверхность или крылья.

2. Винто-моторная группа.

3. Корпус аппарата или, как его называют, фюзеляж.

4. Органы управления.

5. Колеса, поплавки или лыжи, т. е. все то приспособление, на котором аэроплан стоит и может свободно катиться по подходящей для этого поверхности. Все это иногда называют французским словом шасси.

Планы или поверхность аэроплана, составляющая его главную часть, от которой он и получил свое название, обычно делаются следующим образом. Остовом служат прочные брусья, по большей части два, к которым крепятся сравнительно тонкие дощечки на расстоянии около полуаршина одна от другой. Брусья, называемые лонжеронами, проходят через все крыло поперек его движения. Тонкие дощечки, называемые ребрышками или нервюрами, прикрепляются к лонжеронам таким образом, что они стоят точно по направлению движения крыла в воздухе во время полета. Нервюры делаются не прямыми, а более или менее выгнутыми, в зависимости от формы, которую желают придать крылу. Передний и задний край крыла делаются сравнительно легкими, так как больших усилий им нести не приходится. Все крыло образует, таким образом, целую раму-решетку, которая уже обтягивается полотном.

Материя прибивается или пришивается к нервюрам и плотно прилегает к ним, благодаря чему все крыло сохраняет необходимую форму. Правильность этой формы или, как говорят, профиля крыла, очень важна для полета. Нередко бывали случаи, когда аэроплан становился гораздо хуже, иногда совсем переставал летать от того, что крыло несколько теряло свою форму, кривилось и т. д. Поэтому остов крыла при всей его легкости надо делать таким, чтобы он не мог гнуться; для этого нередко пользуются склеенным из нескольких слоев деревом, нервюры делают из дощечек, поставленных на ребро и т. д. Кроме того, очень важно предохранить от растягивания полотно на крыльях. Для этой цели его пропитывают после обтяжки особыми лаками, которые позволяют ему оставаться хорошо натянутым очень долгое время, несмотря на дождь, жару и т. д.

Аэропланы делаются иногда с одной поверхностью, т. е. к корпусу крепятся справа и слева по одному крылу. Очень часто встречаются аппараты с двумя поверхностями, расположенными одна над другой. Иногда даже до 3-х поверхностей располагают одна над другой. Первый из упомянутых типов называется монопланом, второй — бипланом, третий — трипланом. Аэропланов с большим числом поверхностей не строят. Крыло лучше всего работает, если по соседству от него нет другого крыла. Поэтому монопланное крыло работает лучше всех. Однако в постройке два меньших крыла, расположенных одно над другим и соединенных стойками и проволоками, выходят настолько легче и удобнее, чем одно большое крыло, так что этот тип аэроплана и является сейчас наиболее распространенным.

Понятно, что чем больше и тяжелее аэроплан, тем большими должны быть крылья, которые его поддерживают в воздухе. На каждый квадратный метр поверхности приходится, обыкновенно, от 30 до 45 килограммов подъемной силы, т. е. на каждый квадратный аршин — от одного до полутора пудов.

Винто-моторная группа

Так называется весь механизм, приводящий аэроплан в движение, то есть двигатель со всеми его принадлежностями и воздушный винт. В настоящее время применяются исключительно бензиновые моторы. В зависимости от типа и назначения, аэропланные двигатели делаются самой разнообразной мощности — от 10 до 700 лош. сил, весом от 2? до 6 фунтов на силу. Ради простоты и легкости почти во всех аэропланах винт насаживается прямо на ось мотора. Передача силы с мотора на ось винта с помощью зубчаток, цепей и т. д. иногда применялась разными строителями, но хороших результатов получено не было.

При всех своих хороших качествах бензиномотор обладает и многими недостатками. Издаваемый им сильный шум в аэропланных двигателях так и не удалось уничтожить. Кроме того, в смысле плавности хода и отсутствия сотрясений, он очень уступает паровой машине и особенно турбине. Поэтому многие изобретатели заняты разработкой новых типов двигателей. Однако дело это столь сложное и новое, что в течение долгих лет, а скорее десятилетий, летать придется наверное с бензиновыми двигателями.

Воздушный винт — эта необходимая часть каждого аэроплана — относится к числу наиболее выработанных и законченных. Винты, строящиеся теперь, работают в общем хорошо, т. е. почти без потери дают, за счет работы двигателя, силу, тянущую аппарат вперед. В настоящее время винты делаются почти исключительно из дерева, склеенного в несколько слоев. Деревянные винты достаточно прочны, но иногда от времени и сырости несколько коробятся и в этом случае становятся негодными. Поэтому многие теперь пытаются создать винт из какой-нибудь массы или сделать его пустотелым металлическим.

Корпус аппарата — фюзеляж

Так называется продолговатая средняя часть аэроплана. В ней располагаются сидения для пилота и для пассажиров. В головной части располагается обычно двигатель. На конце сзади крепятся рули. Корпус аппарата делается обычно из деревянных брусков, идущих вдоль, соединенных поперечными и растянутых стальными проволоками. Снаружи корпус обтягивается полотном и лакируется, как крылья. Он очень прочно должен быть соединен с крыльями, причем в аэроплане получается хорошее равновесие и управляемость, когда небольшая часть корпуса с мотором остается впереди крыльев.

Органы управления

Для управления аэропланом служат следующие его части:

Вертикальный руль или руль направления служит для поворачивания аппарата вправо и влево; действует совершенно так же, как руль лодки. Он соединен тросами с особыми педалями; летчик поворачивает его, а следовательно, и весь аппарат, нажимая сильнее одной или другой ногой.

Горизонтальный руль или руль высоты служит для того, чтобы наклонить аэроплан передней частью книзу или наоборот, т. е. заставить весь аэроплан идти книзу или же заставить его подниматься кверху. В руках летчика имеется обычно колесо на подвижной раме. Толкая это колесо от себя, он заставляет машину снижаться. Притягивая его к себе, он достигает обратного, т. е. аппарат начинает забирать высоту. Руль направления и руль высоты расположены на конце фюзеляжа. Кроме них, на концах крыльев делаются так называемые крылышки боковой устойчивости или элероны. Они служат для того, чтобы наклонять на правую или на левую сторону весь аэроплан, а еще чаще для того, чтобы выровнять его, если он сам почему-либо наклонится. Действуют они таким образом, что, когда правое крыло идет вниз, левое идет вверх, и наоборот. Приводятся в движение летчиком путем поворачивания колеса, о котором упоминалось выше.

Шасси или тележка аэроплана

Как известно, аэропланные крылья не могут поднять на воздух машину иначе, как если она движется относительно воздуха с большой скоростью. Поэтому каждый аэроплан должен двигаться с большой скоростью уже до того, как он отделится от земли. То же самое и при возвращении на землю. В самую последнюю секунду полета аппарат будет иметь еще довольно большую скорость, иначе крылья не могли бы держать его, и следовательно, он коснется земли, двигаясь вперед еще довольно быстро. Поэтому аэроплан должен иметь приспособление, позволяющее ему свободно катиться, до начала полета и после окончания его, по той поверхности, для которой приспособлена его тележка.

В настоящее время пользуются тремя типами тележки: для взлета с земли, со снега и с воды. Наиболее распространенной является земная. Она состоит, главным образом, из двух, четырех, а иногда и более колес на стальных спицах с довольно толстыми шинами, надуваемыми воздухом наподобие автомобильных. Ось колес прикрепляется к нижней раме аппарата, по большей части с помощью особых резиновых жгутов. Делается это, чтобы более смягчить толчки, возникающие при разбеге по неровной почве или, особенно, при грубом спуске на землю.

Рама, к которой крепятся эти резины, состоит обычно из прочных деревянных брусков или из стальных труб, подпирающих аэроплан, по большей части под места, где расположены мотор, бензиновый бак и сидение для летчика. Для взлета со снега обыкновенно колеса снимаются с своих осей, а на их место надеваются лыжи, более или менее широкие, в зависимости от того, придется ли взлетать с твердого или рыхлого снега. Приспособление для взлета с воды состоит из поплавков, т. е. пустотелых, по большей части деревянных ящиков такого размера, чтобы они могли легко поддержать на воде весь аэроплан. Обыкновенно делается два главных поплавка под крыльями и третий маленький сзади под концом хвоста. Аппараты, взлетающие с воды, называются гидроаэропланами. Кроме описанных выше поплавковых, существует еще один тип гидроаэропланов, называемый летающей лодкой. В последней корпус делается значительно ниже крыльев и по форме своей несколько напоминает плоскодонную лодку. Он делается непроницаемым для воды и поддерживает на воде весь аппарат. В этой лодке обычно помещается летчик и пассажиры. Мотор приходится помещать значительно выше, чтобы несколько отдалить от воды винт, т. к. он легко ломается, если зацепит за гребень волны. Все гидроаэропланы не особенно хорошо выдерживают волны, и в открытом море взлет и спуск в неспокойную погоду бывает труден и опасен. Приспособление для взлета с воды, т. е. поплавки или лодка, всегда тяжелее, чем колеса или лыжи, и дают большее вредное сопротивление, чем эти последние. Поэтому при одинаковом двигателе и нагрузке воздушные качества гидроаэроплана обычно несколько хуже, чем аэроплана на колесах или лыжах.

Наиболее характерной особенностью аэроплана, сравнительно с другими машинами, как например — паровозом, является его легкость. Называя легкими эти аппараты, весящие иногда по несколько сотен пудов, приходится учитывать их сравнительный вес. Аэроплан с двигателем в 300 лош. сил весит примерно столько, как автомобиль в 20-30 лош. сил. Сравнивая небольшой вес аппарата с громадной силой двигателя, легко понять, что для тех усилий, которые несут части аэроплана, они должны весить исключительно мало. Чтобы выработать способы, давшие возможность делать их такими легкими, потребовалось немало труда и усилий. В общем, легкость эта достигается тем, что каждую часть аппарата стараются делать точно такой прочности, какая необходима, без всякого излишка. Но чтобы это было возможным, необходимо сперва точно определить, с какой силой натягивается в полете каждая проволочка, какое усилие испытывает каждый брус, стойка и т. д. Все это достигается серьезным математическим расчетом. А затем, путем подсчетов и опытов определяют, какую толщину должна иметь каждая отдельная проволока, болт, брусок и т. д., чтобы все они имели необходимый запас прочности. Выражение это означает следующее. Допустим, что некоторая проволока натянута в полете так, как если бы к ней привесили груз в 5 пудов. Чтобы эта проволока не порвалась от случайно увеличившейся нагрузки, от какого-нибудь мелкого изъяна ржавчины и т. д., чтобы она вообще была надежна, надо ставить ее такой толщины, чтобы разрыв ее мог получиться лишь при нагрузке не в 5, а в 25 пудов. Таким образом, всякую проволоку, брусок, болт необходимо подобрать так, чтобы они могли разорваться или сломаться лишь при усилии в 5 раз большем, чем то, которое ими испытывается в полете. При таких условиях говорят, что аэроплан имеет запас прочности 5[ 47 ]. Казалось бы на первый взгляд, что в отношении прочности расчет аэроплана должен выполняться так же, как и расчет всякой другой машины или постройки, т. к. все они должны иметь определенный запас прочности. В действительности это не совсем так. Если при расчете какой-нибудь машины или постройки инженер не уверен в том, что он задал правильную толщину какой-нибудь балки, железной полосы и т. д., особенно во второстепенных частях, он просто берет эту часть в полтора-два раза толще, лишь бы она не была слабее, чем надо. А если эта часть окажется крепче, чем необходимо, — не беда. Иное дело в аэроплане. Каждая его часть, до самых небольших включительно, не должна быть ни слабее, ни прочнее, чем необходимо, т. к., если ее сделать прочнее, она окажется тяжелее, а лишний вес аэроплана ухудшает его качества. Поэтому расчет и выяснение необходимой толщины всякой части должны быть выполнены с исключительной точностью. Мне пришлось однажды соорудить специальную машину и произвести на ней множество опытов, чтобы выяснить, можно ли деревянные ребрышки на строящемся аэроплане сделать на 1/32 дюйма[ 48 ] тоньше, чем было вначале предположено. Проф. Г. А. Ботезат очень хорошо определяет эти особенности дела постройки аэропланов, указывая, что в этом деле, в отличие от многих других, инженер не может взять поправку на свое незнание и что аэроплан, по требуемой им точности расчета и выполнения, является самой сложной, но и самой красивой из современных машин.