Алексей Жабров - Почему и как летает самолет [Изд. 2-е]

Эту цель и ставил себе основоположник высшего пилотажа П. Н. Нестеров. Советские летчики — его достойные последователи.

Вся история развития самолета — от его рождения до наших дней — это история борьбы за скорость полета. Дальнейшее развитие авиации, несомненно, будет также тесно связано с ростом скорости полета.

Полвека назад максимальная скорость полета была всего лишь около 100 километров в час, а в наше время она превышает 2000 километров в час. Как был достигнут этот замечательный успех авиации?

Сначала скорость росла благодаря непрерывному улучшению аэродинамических форм самолета и увеличению мощности его силовой установки. Однако к 40-м годам нашего века аэродинамические формы самолета были доведены уже до такого совершенства, что дальнейшее улучшение их могло дать лишь незначительный выигрыш в скорости. Увеличение мощности силовой установки также не сулило большой выгоды, так как с увеличением мощности возрастают вес и размеры поршневого двигателя, а это ведет к повышению веса самолета и его лобового сопротивления — в результате скорость увеличивается незначительно.

Мешали и другие причины, лежащие в самой природе полета с большими скоростями.

Воздух, как и всякий газ, легко подвергается сжатию. Сжимаемость воздуха мы часто наблюдаем в быту. Например, волейбольный мяч приобретает значительную твердость, когда в него накачивают много воздуха. Еще большую твердость приобретает автокамера, в которую воздух накачивают под большим давлением. Следовательно, сжатие воздуха получается тем больше, чем больше давление.

При сравнительно небольших скоростях полета (до 400–500 километров в час) давление воздуха перед самолетом хотя и повышается, но незначительно. Поэтому и сжатие воздуха тоже невелико. Но при больших скоростях, близких к скорости звука и тем более превышающих ее, давление и сжатие воздуха сильно возрастают [16] Скорость распространения звука у поверхности земли равна приблизительно 1200 километрам в час. .

Появляется дополнительное, так называемое волновое сопротивление, которое в несколько раз увеличивает лобовое сопротивление самолета. Для преодоления большого лобового сопротивления обычная силовая установка оказывается малопригодной.

Дело осложняется еще тем, что с увеличением скорости полета тяга воздушного винта неуклонно падает. Мало того, при очень больших скоростях полета лопасти винта тоже испытывают волновое сопротивление, поэтому полезная работа винта уменьшается.

Новый период в борьбе за скорость полета начался с появлением авиационных реактивных двигателей.

Существуют различные типы авиационных реактивных двигателей, но сила тяги возникает у них в общем одинаково. В камере сгорания двигателя (где сгорает жидкое горючее) давление нагретых газов повышено и они с большой силой выбрасываются наружу через отверстие — сопло. При этом с такой же силой газы давят и на стенку камеры сгорания двигателя, противоположную соплу. Это противодавление (реакция истечения газов) и является реактивной силой тяги, которая заставляет двигаться самолет в сторону, противоположную истечению газов из сопла.

Заметим, что воздушный винт по сути дела работает тоже на реактивном принципе — его лопасти, отбрасывая воздух назад, стремятся двигаться вперед. Однако здесь для получения реактивной тяги поршневой двигатель предварительно преобразует энергию топлива в энергию вращения винта. В реактивных же двигателях продукты сгорания горючего, выбрасываемые из сопла, непосредственно создают реактивную тягу. Поэтому реактивные двигатели, в отличие от винто-поршневых, называются двигателями прямой реакции.

Отличительной особенностью реактивных двигателей является то, что тяга их с увеличением скорости не падает, а даже немного увеличивается. Поэтому при больших скоростях полета реактивный двигатель оказывается гораздо выгоднее обычной силовой установки. Вот почему реактивному двигателю оказалось под силу преодолевать лобовое сопротивление самолета при больших скоростях.

Реактивным самолетам конструкторы придают несколько иные аэродинамические формы, чем винтовым, так как при больших скоростях приходится учитывать влияние сжимаемости воздуха на полет самолета.

Например, применяют стреловидные крылья, которые при больших скоростях полета аэродинамически выгодны.

С появлением реактивных самолетов скорость полета сразу возросла и продолжает расти сейчас [17] О реактивных самолетах см. популярную брошюру Гостехиздата: Л. К Баев и И. А. Меркулов, Самолет-ракета, издание третье, переработанное. .