Як влаштовані аероплани
Як влаштовані аероплани
З попередніх сторінок цієї книги можна було бачити, що аероплан є тепер і, ймовірно, залишиться найважливішим із приладів, що служать для пересування повітрям.
Вказувалося також загалом, як його зроблено. Тепер познайомимося з цим докладніше і розберемося, з яких основних частин складається простий літак, навіщо і як вони служать. Аероплан, як правило, складається з наступних елементів:
1. Несуча поверхня чи крила.
2. Гвинтомоторна група.
3. Корпус апарату чи, як його називають, фюзеляж.
4. Органи управління.
5. Колеса, поплавки або лижі, тобто все те пристосування, на якому аероплан стоїть і може вільно котитися відповідною для цього поверхні. Все це іноді називають французьким словом шасі.
Плани або поверхня аероплана, складова його головну частину, від якої він і отримав свою назву, зазвичай робляться в такий спосіб. Остовом служать міцні бруси, здебільшого два, до яких кріпляться порівняно тонкі дощечки на відстані близько піваршина одна від одної. Бруси, які називають лонжеронами, проходять через все крило впоперек його руху. Тонкі дощечки, які називають реберцями або нервюрами, прикріплюються до лонжеронів таким чином, що вони стоять точно у напрямку руху крила в повітрі під час польоту. Нервюри робляться не прямими, а більш менш вигнутими, залежно від форми, яку бажають надати крилу. Передній і задній край крила робляться порівняно легкими, оскільки великих зусиль їм не нести. Все крило утворює таким чином цілу раму-решітку, яка вже обтягується полотном.
Матерія прибивається або пришивається до нервур і щільно прилягає до них, завдяки чому всекрило зберігає необхідну форму. Правильність цієї форми або, як то кажуть, профілю крила, дуже важлива для польоту. Нерідко бували випадки, коли аероплан ставав набагато гіршим, іноді зовсім переставав літати від того, що крило дещо втрачало свою форму, кривилося і т. д. Тому кістяк крила при всій його легкості треба робити таким, щоб він не міг гнутися; для цього нерідко користуються склеєним з кількох шарів деревом, нервюри роблять із дощечок, поставлених на ребро і т. д. Крім того, дуже важливо убезпечити від розтягування полотно на крилах. Для цієї мети його просочують після обтяжки особливими лаками, які дозволяють йому залишатися добре натягнутим довгий час, незважаючи на дощ, спеку і т.д.
Аероплани робляться іноді з однією поверхнею, тобто до корпусу кріпляться праворуч і ліворуч по одному крилу. Дуже часто зустрічаються апарати із двома поверхнями, розташованими одна над іншою. Іноді навіть до 3-х поверхонь розташовують одна над одною. Перший із згаданих типів називається монопланом, другий – біпланом, третій – трипланом. Аеропланів з великою кількістю поверхонь не будують. Крило найкраще працює, якщо від нього немає іншого крила. Тому монопланне крило працює найкраще. Однак у будівництві два менші крила, розташовані одне над іншим і з'єднані стійками і дротами, виходять настільки легше і зручніше, ніж одне велике крило, так що цей тип аероплана і є найбільш поширеним.
Зрозуміло, що чим більше і важче аероплан, тим більшими мають бути крила, які його підтримують у повітрі. На кожен квадратний метр поверхні припадає, як правило, від 30 до 45 кілограмів підйомної сили, тобто на кожен квадратний аршин - від одного до півтора пудів.
Гвинто-моторнагрупа
Так називається весь механізм, що приводить аероплан у рух, тобто двигун з усім його приладдям і повітряний гвинт. В даний час застосовуються виключно бензинові двигуни. Залежно від типу та призначення, аеропланні двигуни робляться найрізноманітнішою потужністю – від 10 до 700 лош. сил, вагою від 2? до 6 фунтів на силу. Задля простоти та легкості майже у всіх аеропланах гвинт насаджується прямо на вісь двигуна. Передача сили з мотора на вісь гвинта за допомогою зубчаток, ланцюгів тощо іноді застосовувалася різними будівельниками, але хороших результатів отримано не було.
За всіх своїх добрих якостей бензиномотор має і багато недоліків. Видувний їм сильний шум в аеропланних двигунах так і не вдалося знищити. Крім того, у сенсі плавності ходу та відсутності струсів, він дуже поступається паровій машині і особливо турбіні. Тому багато винахідників займаються розробкою нових типів двигунів. Однак справа ця настільки складна і нова, що протягом довгих років, а скоріше десятиліть, доведеться літати напевно з бензиновими двигунами.
Повітряний гвинт - ця необхідна частина кожного аероплана - належить до найбільш вироблених і закінчених. Гвинти, що будуються тепер, працюють загалом добре, тобто майже без втрати дають за рахунок роботи двигуна силу, що тягне апарат вперед. В даний час гвинти виготовляються майже виключно з дерева, склеєного в кілька шарів. Дерев'яні гвинти досить міцні, але іноді від часу і вогкості дещо коробляться і в цьому випадку стають непридатними. Тому багато хто тепер намагається створити гвинт з якоїсь маси або зробити його пустотілим металевим.
Корпус апарату - фюзеляж
Так називається довгаста середня частина аероплана. У ній розташовуютьсясидіння для пілота та для пасажирів. У головній частині розташовується зазвичай двигун. На кінці ззаду кріпляться керма. Корпус апарата робиться зазвичай з дерев'яних брусків, що йдуть уздовж, з'єднаних поперечними та розтягнутими сталевими дротиками. Зовні корпус обтягується полотном і лакується як крила. Він дуже міцно має бути з'єднаний з крилами, причому в аероплані виходить хороша рівновага та керованість, коли невелика частина корпусу з мотором залишається попереду крил.
Органи управління
Для управління аеропланом служать такі його частини:
Вертикальне кермо або кермо напряму служить для повертання апарата вправо та вліво; діє так само, як кермо човна. Він з'єднаний тросами з спеціальними педалями; льотчик повертає його, а отже, і весь апарат, натискаючи сильніше однією чи іншою ногою.
Горизонтальне кермо або кермо висоти служить для того, щоб нахилити аероплан передньою частиною донизу або навпаки, тобто змусити весь аероплан йти донизу або змусити його підніматися догори. У руках льотчика зазвичай є колесо на рухомій рамі. Підштовхуючи це колесо від себе, він змушує машину знижуватися. Притягуючи його до себе, він досягає зворотного, тобто апарат починає забирати висоту. Кермо напряму та кермо висоти розташовані на кінці фюзеляжу. Крім них, на кінцях крил робляться так звані крильця бічної стійкості або елерони. Вони служать для того, щоб нахиляти на праву або ліву сторону весь аероплан, а ще частіше для того, щоб вирівняти його, якщо він сам чомусь нахилиться. Діють вони таким чином, що коли праве крило йде вниз, ліве йде вгору, і навпаки. Наводяться рух льотчиком шляхом повертання колеса, про яке згадувалося вище.
Шасі або візокаероплана
Як відомо, аеропланні крила не можуть підняти на повітря машину інакше, як якщо вона рухається щодо повітря з великою швидкістю. Тому кожен аероплан повинен рухатися з великою швидкістю до того, як він відокремиться від землі. Те саме і при поверненні на землю. В останню секунду польоту апарат матиме ще досить велику швидкість, інакше крила не могли б тримати його, а отже, він торкнеться землі, рухаючись вперед ще досить швидко. Тому аероплан повинен мати пристосування, що дозволяє йому вільно котитися, до початку польоту і після закінчення його по тій поверхні, для якої пристосований його візок.
В даний час користуються трьома типами візка: для зльоту із землі, зі снігу та води. Найбільш поширеною є земна. Вона складається, головним чином, з двох, чотирьох, а іноді й більше коліс на сталевих спицях з досить товстими шинами, повітрям надуваними на зразок автомобільних. Вісь коліс прикріплюється до нижньої рами апарату, переважно за допомогою спеціальних гумових джгутів. Робиться це, щоб пом'якшити поштовхи, що виникають при розбігу по нерівному грунті або, особливо, при грубому спуску на землю.
Рама, до якої кріпляться ці гуми, складається зазвичай з міцних дерев'яних брусків або зі сталевих труб, що підпирають аероплан, переважно під місця, де розташовані мотор, бензиновий бак і сидіння для льотчика. Для зльоту зі снігу зазвичай колеса знімаються зі своїх осей, але в їх місце надіваються лижі, більш-менш широкі, залежно від цього, чи доведеться злітати з твердого чи пухкого снігу. Пристосування для зльоту з води складається з поплавців, тобто порожнистих, здебільшого дерев'яних ящиків такого розміру, щоб вони могли легко підтримати на воді весьаероплан. Зазвичай робиться два основних поплавці під крилами і третій маленький ззаду під кінцем хвоста. Апарати, що злітають із води, називаються гідроаеропланами. Крім описаних вище поплавкових, існує ще один тип гідроаеропланів, званий човном, що літає. В останній корпус робиться значно нижче крил і за формою своєю дещо нагадує плоскодонний човен. Він робиться непроникним для води та підтримує на воді весь апарат. У цьому човні зазвичай міститься льотчик і пасажири. Двигун доводиться поміщати значно вище, щоб трохи віддалити від води гвинт, тому що він легко ламається, якщо зачепить за гребінь хвилі. Всі гідроаероплани не особливо добре витримують хвилі, і у відкритому морі зліт і спуск у неспокійну погоду буває важким і небезпечним. Пристосування для зльоту з води, тобто поплавки або човен, завжди важче, ніж колеса або лижі, і дають більший шкідливий опір, ніж останні. Тому при однаковому двигуні та навантаженні повітряні якості гідроаероплана зазвичай дещо гірші, ніж аероплана на колесах чи лижах.
Найбільш характерною особливістю аероплана, порівняно з іншими машинами, як паровозом, є його легкість. Називаючи легкими ці апарати, які іноді важать по кілька сотень пудів, доводиться враховувати їхню порівняльну вагу. Аероплан з двигуном в 300 коней. сил важить приблизно стільки, як автомобіль у 20-30 коней. сил. Порівнюючи невелику вагу апарата з величезною силою двигуна, легко зрозуміти, що для зусиль, які несуть частини аероплана, вони повинні важити виключно мало. Щоб виробити способи, що дали змогу робити їх такими легкими, знадобилося чимало праці та зусиль. Загалом, ця легкість досягається тим, що кожну частину апарату намагаються робити точно такої міцності, яканеобхідна, без жодного надлишку. Але щоб це було можливим, необхідно спочатку точно визначити, з якою силою натягується в польоті кожен зволікання, яке зусилля зазнає кожен брус, стійка і т. д. Все це досягається серйозним математичним розрахунком. А потім шляхом підрахунків і дослідів визначають, яку товщину повинен мати кожен окремий дріт, болт, брусок і т. д., щоб всі вони мали необхідний запас міцності. Вираз це означає таке. Припустимо, що деякий дріт натягнутий у польоті так, якби до нього приважили вантаж у 5 пудів. Щоб цей дріт не порвався від навантаження, що випадково збільшилося, від якоїсь дрібної вади іржі і т. д., щоб вона взагалі була надійна, треба ставити її такої товщини, щоб розрив її міг вийти лише при навантаженні не в 5, а в 25 пудів. Таким чином, будь-який дріт, брусок, болт необхідно підібрати так, щоб вони могли розірватися або зламатися лише при зусиллі в 5 разів більшому, ніж те, яке випробовується в польоті. За таких умов говорять, що аероплан має запас міцності 5[47]. Здавалося б на перший погляд, що щодо міцності розрахунок аероплана повинен виконуватися так само, як і розрахунок будь-якої іншої машини або споруди, тому що всі вони повинні мати певний запас міцності. Насправді це зовсім так. Якщо при розрахунку якоїсь машини або будівлі інженер не впевнений у тому, що він задав правильну товщину якоїсь балки, залізної смуги і т. д., особливо у другорядних частинах, він просто бере цю частину в півтора-два рази товщі, аби вона не була слабшою, ніж треба. А якщо ця частина виявиться міцнішою, ніж потрібно, — не біда. Інша річ в аероплані. Кожна його частина, до найменших включно, не повинна бути ні слабшою, ні міцнішою, ніж необхідно, т. до.якщо її зробити міцнішим, вона виявиться важчою, а зайва вага аероплана погіршує його якості. Тому розрахунок та з'ясування необхідної товщини будь-якої частини мають бути виконані з винятковою точністю. Мені довелося одного разу спорудити спеціальну машину і зробити на ній безліч дослідів, щоб з'ясувати, чи можна дерев'яні реберця на аероплані, що будується, зробити на 1/32 дюйма[48] тонше, ніж було спочатку припущено. Проф. Г. А. Ботезат дуже добре визначає ці особливості справи будівництва аеропланів, вказуючи, що в цій справі, на відміну від багатьох інших, інженер не може взяти поправку на своє незнання і що аероплан, за необхідною ним точності розрахунку та виконання, є найскладнішою , але й найкрасивішою із сучасних машин.