V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Мировая история воздухоплавания
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
С древних времен человек стремился в небо. Существовало много сказок, мифов и легенд о различных летательных аппаратах: колесницы богов, ковер-самолет, крылья, которые можно надеть и полететь, как птица, и многое другое. Люди пытались придумать различные приспособления, которые бы позволили им осуществить полет. Идея полета на крыльях, подобных птичьим, была не нова-можно вспомнить древнегреческий миф о Дедале и Икаре.
Представить современный мир без самолётов и авиарейсов невозможно. Будучи одним из самых важных достояний среди изобретений человечества, летательный аппарат появился на свет благодаря неистовому желанию человека иметь за своей спиной крылья. Даже ребёнок искренне верит в существование сказочных летающих приспособлений, по-настоящему завидуя героям волшебных историй. Осуществились мечтания лишь спустя тысячелетия - тогда, когда было накоплено достаточное количество научных знаний.
Цель исследования: изучить историю воздухоплавания, познакомиться с современными летательными аппаратами.
Данная цель предполагает решение следующих задач:
Изучить историю появления самолета.
Изучить виды самолетов и их устройство.
Рассмотреть устройство самолета Ил-86, создать его модель.
Объектом исследования являются летательные аппараты.
Методы исследования: общенаучные методы, метод анализа (анализ научной литературы, публикаций СМИ, интернет ресурсов).
Структура: работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованных источников.
Глава 1 Теоретический аспект исследования
1.1 История воздухоплавания
Воздушный шар
Летающий фонарик (прототип аэростатов с оболочкой, наполненной горячим воздухом) был известен в Китае с древнейших времён. Его изобретение приписывается генералу Чжугэ Ляну (180—234 н. э., почётный титул Кунмин), который, как сообщают источники, использовал их, чтобы вселять страх во вражеские войска.Однако, по некоторым источникам, считается, что в III в. до н. э в Китае было известно устройство, представляющее собой лампу в бумажной ёмкости и напоминало воздушные шары с горячим воздухом.В V веке н. э. Лю Бан изобрёл «деревянную птицу», которая, возможно, была большим бумажным змеем или ранним планёром. Однако нет никаких свидетельств, что подобные конструкции использовались для полёта человека.В 559 полёт человека на воздушном змее был задокументирован в королевстве Северной Вэй.
Вертолет да Винчи
В 15 веке великий итальянец Леонардо да Винчи нарисовал эскизы птицеподобного летательного аппарата с машущим крылом и аппарата с несущим винтом-спиралью Архимеда, прообраз вертолета. Эти эскизы, правда, не были подтверждены никакими аэродинамическими и прочностными расчетами, так как в то время еще не существовало теоретических предпосылок для них. У Леонардо да Винчи перед глазами имелся единственный «прототип» летательного аппарата тяжелее воздуха, созданный самой природой, -птица. Именно принцип машущего крыла применил великий итальянец в конструкции своего аппарата.
Аэростат
Первый аэростат братьев Монгольфье, наполненный нагретым воздухом, поднялся 5 июня 1783 года в Аннонэ, а второй, построенный профессором Шарлем и наполненный водородом, поднялся 27 августа 1783 года, открыв путь к осуществлению настоящего воздухоплавания. Далее аэростатостроение развивалось, увеличивая высоту подъема, дальность перелета, а так же многообразие форм и конструкций.После войны 1870-71 гг. все воздухоплавательные общества, в особенности парижское, с большим усердием занялись поиском способа управления аэростатом, чтобы сделать его пригодным для практических целей. Первая рациональная попытка в этом направлении была сделана ранее, в 1852 г., Анри Жиффаром, построившим шар сигаровидной формы, длиной 44 метра и диаметром 12 м, снабжённый винтом, приводившимся во вращение паровой машиной.
Дирижабль
Дирижабль – это, по сути, управляемый воздушный шар. Первый дирижабль был сделан в форме эллипсоида. Он совершил первый полёт только 24 сентября 1852. С тех пор конструкция усиленно дорабатывалась, и в 1909 году Цеппелин (по фамилии Фердинанда Цеппелина) был приобретен военными. В дальнейшем дирижабли сыграют далеко не последнюю роль в мировых войнах ХХ века.
Парашют
Устройство, явившееся прообразом современного парашюта, было придумано арабским ученым и изобретателем Аббас ибн Фарнасом в 852 г. Он сделал крылья из ткани, натянутой на деревянные распорки. С этим похожим на зонтик аппаратом Аббас ибн Фарнас спрыгнул из минарета Великой Мечети в Кордове.
Человеком, о котором доподлинно известно, что он совершил спуск на парашюте, был француз Лавен. В 20-х годах 17 века Лавен был заключен в крепость. Решив бежать, он тайно изготовил себе парашют из сшитых вместе простыней с прикрепленным к ним китовым усом, не дававшим куполу свернуться.
В 1777 году парижский профессор Дефонтаж изобрел «летающий плащ» - аппарат, который, по его утверждению, гарантировал безопасный спуск с любой высоты.
Дальнейшая судьба парашютизма связана с развитием воздухоплавания. В 1783 году французский физик Себастиан Ленорман изготовил и лично испытал парашют, прыгнув с обсерватории. Ленорман первым назвал свое изобретение - "парашют".
В 1791 году Жан-Пьер Бланшар поднялся в воздух над Варной и сбросил с парашютом собаку. Через два года он сам отважился сделать прыжок. Попытка оказалась не совсем удачной - аэронавт сломал ногу.
Первый удачный прыжок с парашюта из корзины аэростата был совершен в Париже в 1797 году Анре Жаком Гарнереном с воздушного шара, поднявшегося на высоту 680 метров. Его парашют (круглый, мягкий, без каркаса, с полюсным отверстием) очень близок к самому распространенному типу современных парашютов - зонтичному.
Своеобразной вехой в истории парашютного дела стал прыжок, совершенный американским капитаном Эрвином Болдуином с аэростата в 1880 году.
Самолет А.Ф. Можайского
В 1882 году русский морской офицер Александр Федорович Можайский (1825-1890) предпринял первую попытку моторного полета на самолете собственной конструкции. Его самолет имел почти квадратное крыло и был оснащен маломощной паровой машиной, вращавшей 3 винта: один на носу аппарата и 2 – в прорезях крыла. Но самолет потерпел аварию при старте и больше не восстанавливался. Долгое время утверждали, что он не мог полететь, пока в наши дни российские ученые не доказали, что крыло плоского профиля, не имевшее кривизны, не могло создать необходимой подъемной силы.
Планер
В 1870 году в Германии жил ученый-физик Отто Лилиенталь. Он много экспериментировал с различными конфигурациями моделей планеров. Как правило, Лилиенталь брал за основу летающие семена некоторых растений, снабженных крылышками. Сорвавшись с ветки, такое семечко превращается в крохотный планер и, подхваченное ветром, может пролететь огромное расстояние. Для подтверждения правоты Лилиенталь построил несколько планеров, способных поднять в воздух человека. Форма крыльев этих летательных аппаратов повторяла форму семечка – планера. Отважный ученый полетом такого планера управлял, перемещая собственное тело внутри обруча, к которому крепилась конструкция крыла: при перемещении назад планер поднимал нос и начинал набирать высоту, вперед – опускал нос, а при отклонении вправо или влево – опускал соответствующую консоль крыла. Впоследствии такие планеры получили название балансирных.
Самолет
Официальные источники говорят, что 6 мая 1896 «Аэродром Лэнгли номер 5» совершил первый успешный неуправляемый полёт габаритного аппарата тяжелее воздуха с двигателем.
Следуя принципу Лилиенталя, братья Райт построили и испытали ряд бумажных змеев и планеров с 1900 по 1902 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. В 1903 г. Братья Райт оснастили один из планеров мотоциклетным мотором мощностью около 7 л.с. Братья Райт совершили первый длительный управляемый полёт аппарата тяжелее воздуха с двигателями в песчаных дюнах в 8 км от Китти Хаук, Северная Каролина 17 декабря 1903 г.
С этого момента ведет отсчет вся мировая моторная авиация. 20 век ознаменовался бурным ростом и развитием технической отрасли, в том числе и самолетостроения и воздухоплавания. Устройство самолета претерпело значительные изменения: от деревянно-картонных изделий до высокотехнологичных машин с использование сложных сверхпрочных сплавов различных металлов.
1.2 Устройство самолета
Различают четыре аэродинамические схемы: классическую, «утка», «бесхвостку», тандемную.
Первый летавший самолет «Флайер» братьев Райт имел аэродинамическую схему «утка»: горизонтальное оперение его располагалось впереди крыла. Название «утка» придумали французы: самолет с расположенным впереди горизонтальным оперением напоминал им утку в полете с вытянутой вперед головой. В последствии выяснилось, что «утка» имеет отличную маневренность и сниженную массу конструкции, но при этом она неустойчива в полете: порыв ветра по пути самолета воздействует на его оперение, выводя аппарат из равновесия. С изобретением Луи Блерио классической схемы самолета схема «утка» была предана забвению.
Классическая схема отличается тем, что в передней трети фюзеляжа располагается крыло, а хвостовое оперение вынесено назад на хвостовой балке. Самолеты классической схемы отличаются простотой управления. По этой схеме возможно создать самолет практически любого назначения и весовой категории. Еще одна схема – тандемная – применяется очень редко. Самолеты такой схемы имеют 2 крыла одинаковой или сопоставимой площади, расположенных одно за другим. Схема самолета, не имеющего горизонтального оперения, называется «бесхвостка» или «летающее крыло». По схеме «бесхвостка» создан ряд не только истребителей – перехватчиков, но и тяжелых бомбардировщиков.
Агрегатом, создающим подъемную силу, на самолете является крыло. По количеству крыльев все самолеты делят на монопланы (одно крыло), бипланы (2 крыла) и полипланы (более двух крыльев). Под крыльями находятся двигатели. «Тело» самолета называют флюзеляжем. Спереди располагается кабина экипажа, из которой летчики управляют самолетом. За кабиной – пассажирский салон, а под ним, на нижней палубе, - багажный отсек, где хранятся чемоданы. Управление самолетом летчик осуществляет с помощью ручки управления самолетом или штурвала, рычага управления двигателем и педалей.
1.3 Виды самолетов
Все самолеты относят к боевой либо гражданской авиации.
Военно-воздушные силы ведущих мировых держав начали зарождаться в начале 20 века через несколько лет после первого полета братьев Райт. Начало Первой мировой войны ускорило этот процесс.
Российские военно-воздушные силы состоят из основных видов авиации – это дальняя, военно-транспортная и армейская авиация. Радиотехнические, зенитные и ракетные войска также включены в состав ВВС. Важнейшие функции по обеспечению разведки и связи, защиты от оружия массового поражения, ведения спасательных операций и радиоэлектронной борьбы выполняют специальные войска, также входящие в состав военно-воздушных сил. Кроме того, ВВС невозможно представить без инженерных и тыловых служб, медицинских и метеорологических подразделений.
Военно-воздушные силы предназначены для выполнения задач:
Отражения любых нападений агрессора в воздухе и космосе.
Осуществления воздушного прикрытия ПУ, городов и всех значительно важных объектов,
Ведения разведки.
Уничтожения войск противника с применением обычного и ядерного оружия.
Непосредственной воздушной поддержки наземных вооруженных сил.
Среди российских самолетов выделяют следующие, относящиеся к боевой авиации:
Ту-160, носящий ласковое имя «Белый лебедь». Эта машина выпущена во времена Советского Союза, развивает сверхзвуковую скорость, способен на сверхмалой высоте преодолеть ПВО противника и нанести ядерный удар.
Самолёт Ту-95 КБ Туполева впервые поднялся в воздух ещё при жизни Сталина и с тех пор находится в строю. Четыре турбовинтовых двигателя позволяют выполнять дальние перелёты вдоль всей границы нашей страны.
Стратегический ракетоносец Ту-22М дальнего действия с экономичными двигателями способен совершать полёты на сверхзвуке, оснащён крылом изменяемой стреловидности, выпуск этих самолётов был налажен ещё в прошлом столетии в 60-х годах. Находятся в строю 50 машин, сотня самолётов Ту-22М законсервированы.
Фронтовой истребитель Су-27 выпущен в советское время, относится к первым машинам четвёртого поколения, в строю находятся поздние модификации этого самолёта числом около 360 единиц.
Су-35, этот самолёт обладает высокой маневренностью и оснащен новейшей электроникой.
Четвёртое поколение российских самолётов началось с МиГ-27, модифицированных моделей этой машины выпущено более двух десятков, всего в строю 225 боевых единиц.
Легендарный штурмовик Су-25 «Грач», обладающий высокой живучестью, был разработан в 70-е годы настолько удачно, что после стольких лет эксплуатации его собираются модернизировать, так как не видят пока достойной замены.
Перехватчик МиГ-31 развивает высокую скорость в считаные секунды и рассчитан на большой радиус действия.
Ан-26 и Ан-72, машины средней грузоподъёмности Ан-140 и Ан-148, солидные большегрузы Ан-22, Ан-124. Около трёх сотен транспортников выполняют задачи по доставке грузов и боевой техники.
Як-130 прекрасная машина для обучения с программой имитации самолёта, на который переучивается будущий пилот. Кроме него, имеются чешский учебный самолёт L-39 и самолёт для подготовки лётчиков транспортной авиации Ту-134УБЛ.
Беспилотные ЛА Эти летательные аппараты ведут разведку и съёмку позиций неприятеля, осуществляют уничтожение командных пунктов без риска для жизни людей, осуществляющих управление этими беспилотниками. В штате ВВС несколько видов БПЛА – это «Пчела-1Т» и «Рейс-Д», ещё остался до сих пор в строю устаревший израильский беспилотник «Форпост».
Гражданская авиация
Ан-14 В начале 1950-х гг. ОКБ O.K. Антонова приступило к проектированию самолетов короткого взлета и посадки (СКВП). Прежде чем появился самолет Ан-14, было разработано несколько проектов таких самолетов.
Ту-334 Проектирование пассажирского самолета Ту-334 началось в 1988 г. и предназначалось для замены хорошо известного пассажирского самолета Ту-134. Силовая установка должна была состоять из двух двигателей с высокой степенью двухконтурности ТВВД (многолопастная винтовая установка в кольцевом канале), установленных на пилонах крыла.
Ил-114 С начала 1960-х гг. для перевозки пассажиров на местных воздушных линиях широко использовался самолет Ил-114. Однако к настоящему времени он перестал удовлетворять требованиям заказчика. Парк этих машин стал постепенно сокращаться из-за списания самолетов в связи с выработкой ресурса.
Самолет Ан-3 является глубокой модернизацией хорошо известного у нас в стране и за рубежом самолета Ан-2 с поршневым двигателем АШ-62ИР. Биплан Ан-2, взлетевший более полувека тому назад, построенный в тысячах экземпляров, еще летает. Хорошие взлетно-посадочные характеристики, надежность конструкции и простота эксплуатации придали этому самолету почти универсальность, но настало время позаботиться о его замене.
Як-52 В 1970-х гг. в нашей стране началось обновление самолетного парка в аэроклубах ДОСААФ. Предполагалось оснастить их новыми одноместными спортивно-пилотажными и двухместными учебно-спортивными самолетами.
Ту-114 Работа над первым в нашей стране межконтинентальным пассажирским самолетом Ту-114 развернулась в мае 1955 г. По предложению А.Н. Туполева теперь все пассажирские самолеты, разработанные в ОКБ, должны были иметь в последней цифре своего шифра «четверку».
Ил-86 Самолет имеет схему свободнонесущего моноплана с низкорасположенным крылом и классическим оперением. Предназначен для перевозки трех сот пассажиров, багажа и грузов общим весом до сорок тон на внутри магистральных линиях в 4000—9000 км. Предусмотрено использование его и на линиях протяженностью до 11 000 км с изменением количества кресел в салонах.
Ан-24 Первый двухмоторный турбовинтовой пассажирский самолет Ан-24 создали более пятидесяти лет назад. Он предназначался для перевозки людей на внутренних маршрутах малой протяженности.
Ту-154 Работа над новым пассажирским самолетом Ту-154 началась в ОКБ А.Н. Туполева в 1963 г. Первые реактивные пассажирские самолеты этого ОКБ были спроектированы на базе боевых самолетов: Ту-104 на базе Ту-16, Ту-114 на базе Ту-95. В отличие от них новая машина третьего поколения стала первым пассажирским самолетом, не имевшим военного прототипа.
Ил-62 Пассажирский самолет Ил-62 стал первым гражданским самолетом с турбореактивными двигателями.
Як-40 В середине 1960-х гг. началось проектирование первого в нашей стране «чисто» реактивного (в то время на этих линиях летали поршневые или турбовинтовые самолеты) пассажирского самолета для местных воздушных линий Як-40. На его проектирование и постройку понадобился всего один год.
Су-29 Двухместный Су-29 предназначен для тренировки, подготовки и участия спортсменов во внутрисоюзных и международных соревнованиях по высшему пилотажу.
Ан-10 — самолет для перевозки 100 пассажиров путем увеличения рядов сидений и добавления двух купе. Самолет мало чем отличался от опытной машины. Для улучшения путевой устойчивости вертикальные шайбы с горизонтального оперения были сняты, а один подфюзеляжный гребень заменен на два больших подфюзеляжных гребня, установленных под углом.
Таким образом, различные летательные аппараты стали появляться в небе очень давно. В этой главе я рассмотрел историю развития летательных аппаратов от самых древних до современных скоростных самолетов, а также рассмотрел виды и примеры различных самолетов.
Глава 2. Практический аспект исследования
2.1 Создание модели самолета Ил-86
Для многих людей – заветная мечта – ощутить состояние полета. Я еще не разу не летал на самолете, но в наше время человек не только сам может подняться в небо, но и перевозить сотни людей за один полет. Меня вдохновляет тот факт, что когда-то я тоже полечу пассажиром самолета. В своей работе я рассмотрел разные типы самолетов и хотел бы остановиться на одном из них. Это ИЛ-86. Самолет ИЛ-86 – четырехмоторный широкофюзеляжный пассажирский самолет для авиалиний средней протяженности, спроектированный в КБ Илюшина. Это первый и самый массовый советский пассажирский самолет. Крейсерская скорость 900 км/ч. Количество мест 350. Производился серийно в 1980-1997 годах. Всего было выпущено 106 самолетов. Первый полет состоялся 22 декабря 1976 года. Конец эксплуатации – 2011 год. До сих пор отдельные экземпляры эксплуатируются государственными структурами. Рассмотрим конструкцию и технические характеристики данного самолета. Ил-86 – четырехмоторный турбореактивный низкоплан со стреловидныим крылом и однокилевым оперением. Экипаж – 3-4 человека, длина примерно 60 м, размах крыла 48 м, высота – 16 метров. Для Ил-86 был разработан двигатель НК-86. Двигатель впоследствии явился главной причиной преждевременного вывода Ил-86 из эксплуатации, имея большой расход топлива, не удовлетворяя нормам по шуму, из-за вялого разбега и отрыва существует шутка, что Ил-86 взлетает благодаря кривизне планеты. Однако за время эксплуатации самолетов на 12 февраля 2017 года было потеряно 4 самолета из 106. При этом разбился 1 самолет в 2002 году, жертвами стали 14 человек из 16. Таким образом, можно сказать, что самолет является безопасным при всех его недостатках.
Изучив это, я решил создать модель данного самолета, чтобы на практике познакомиться с его строением. В приложении представлена собранная модель самолета Ил-86.
Заключение
Многогранна авиация, история которой имеет ещё немало достойных примеров и образцовых конструкций, среди которых лучшие самолеты гражданской и военной авиации. Важным прорывом стало применение таких стратегических приспособлений, как беспилотные аппараты. Если человек увидел однажды сон, где он летал, желание повторить это в реальной жизни не оставит его никогда. Осуществить мечту можно, попросту будучи пассажиром самолета, или получив соответствующее образование, чтобы в дальнейшем сидеть за штурвалом, или став величайшим авиаконструктором.
Таким образом, мечта человечества сбылась, и я когда-то тоже осуществлю свою мечту. В работе я изучил историю появления самолета. Виды и его устройство. Создал модель самого широкофюзеляжного и самого популярного пассажирского самолета в СССР Ил-86, на его примере показал устройство и характеристики самолета. Цель работы достигнута, задачи выполнены.
Список литературы
1. «Воздушные летания» в русских летописях.
2. М.В.Ломоносов – изобретатель «воздухобежной машины». Вклад русских ученых и изобретателей в зарождение и развитие авиации.
3. Детская энциклопедия знаний. Москва. Изд.: Росмэн, 2015
Интернет-источники:
4.http://fb.ru/article/237049/aviatsiya-istoriya-i-razvitie-znamenityie-aviakonstruktoryi
5. https://www.fern-flower.org/ru/articles/sluchay-v-kaskadnyh-gorah
6.https://www.fern-flower.org/ru/files/vozdyhjpg
7. http://aviarf.ru/letayushhiy-tank-konstruktora-s-v-ilyushina/
Приложение 1