Техника

Техника

наука

Воздухоплавание и авиация


ГЛАЗА, УШИ И МУСКУЛЫ ПИЛОТА

В наши дни самолеты способны летать на огромные расстояния и подниматься на большие высоты. В любое время года, днем и ночью, при любой погоде они пересекают океаны и континенты, летают с околозвуковой и сверхзвуковой скоростью. Но все эти успехи современной авиации были бы невозможны, если бы вместе с развитием самолетов не происходило развитие техники, которая помогает пилоту управлять летательным аппаратом. Руководствуясь показаниями всевозможных приборов, экипаж контролирует и управляет работой двигателей и других агрегатов самолета, ориентируется в пространстве, определяет высоту и скорость полета своего лайнера, получает с земли информацию о погодных условиях и квалифицированную помощь, поддерживает связь с диспетчерскими службами.

Считается, что одним из первых приборов, который применили в авиации и воздухоплавании, был статоскоп. Иногда этот прибор еще называют барометром-анероидом. Применялся статоскоп еще на аэростатах для контроля за подъемом и спуском. Принцип работы этого прибора очень прост и основан на том факте, что с увеличением высоты полета давление падает. Следовательно, и стрелка прибора будет отклоняться на меньшую величину. Если же шкалу прибора проградуировать не в единицах давления, а в метрах, то по показаниям прибора можно будет судить о высоте полета летательного аппарата.

Едва появился летательный аппарат, оснащенный двигателем, сразу же стало ясно — одним статоскопом для его управления не обойдешься. Для контроля и управления полетом и работой мотора и других агрегатов потребуется несколько десятков различных приборов и механизмов, а для их размещения — хорошо оборудованная, вместительная пилотская кабина.

Современный уровень развития техники позволяет пилоту вести самолет даже «в слепую». Сигналы самолета принимаются на земле, обрабатываются, и управляющие команды перелаются установленной на самолете аппаратуре.

Из истории абсолютных мировых рекордов дальности полета. В 1970 г. в таблицу рекордов внес свое имя бельгиец И. Олиеслагерс, пролетевший 20 июля на самолете французской фирмы «Blerio» 393 км. К концу гола лучших результатов добились два француза: Жак Легане, который 17 декабря пролетел 515 км, и М. Табюто — 585 км (30 декабря).

И если на заре авиастроения конструктору летательного аппарата было достаточно лишь предусмотреть для пилота стул и несколько рычагов для управления, то уже через несколько лет кабина самолета приобрела привычный для нас вид. А вскоре в распоряжении первых пилотов появились первые органы управления самолетом. На ранних моделях самолетов это были педали, с помощью которых меняли положение руля направления, а следовательно, могли осуществить разворот летательного аппарата в воздухе, и штурвал, управляя которым пилот отклонял вверх или вниз руль высоты и тем самым регулировал высоту полета. Кроме этого в кабине появились и первые приборы контроля. Обычно их набор состоял из указателя скорости, высотомера, креномера и магнитного компаса. Для контроля работы двигателя использовали указатели давления масла, уровня топлива, числа оборотов вала, а также два прибора контроля за выработкой электроэнергии и ее использованием различными системами самолета — амперметр, показывающий силу вырабатываемого и потребляемого электрического тока, и вольтметр, измеряющий величину его напряжения.

Некоторые пилоты длительное время не могли привыкнуть к такому обилию приборов и по-прежнему продолжали летать, используя лишь свои ощущения. Прошел не один год прежде, чем пилоты убедились в необходимости использовать во время полета показания каждого прибора, установленного в их кабине. И это не случайно. Ведь к началу первой мировой войны скорости полетов самолетов превысили 200 км/ч. Управление самолетом на такой скорости уже требовало от них действий, отточенных до автоматизма, и у пилота не оставалось времени анализировать свои ощущения. А что бы сказали они, посетив кабину современного самолета? Ведь с годами количество приборов значительно возросло. Кроме главных полетных приборов — высотомера, авиагоризонта, указателя скорости и гирокомпаса — самолет имеет еще большое количество приборов, контролирующих работу всех его систем.

Для того чтобы пилот смог справиться с таким большим количеством информации, одновременно поступающей от разных приборов, ее основные значения выводятся на командно-пилотажный дисплей. В кабине современного самолета таких дисплеев может быть несколько, и каждый из них имеет различное предназначение. Так, например, навигационно-плановый дисплей совмещает в себе функции компаса, экрана локатора, часов и карты. Эти и другие показания позволяют одному из членов экипажа самолета, штурману, выполнять одну из важнейших составных частей полета — навигацию.

На заре авиации пилоты прокладывали курс по обычной карте, а иногда пользовались секстантом и ориентировались по звездам. Случалось, первым пилотам для того, чтобы не заблудиться в незнакомой местности, приходилось лететь вдоль железнодорожного полотна и читать названия станций. В поисках ответа на вопрос, а нельзя ли как-нибудь еще использовать установленное на борту самолета приемо-передающее устройство — радиостанцию, инженерам пришла мысль помочь пилотам ориентироваться на местности с помощью радиомаяков.

Обший вид кабины экипажа пассажирского самолета 70-х гг. XX в.

 

Экран авиационного радиолокатора.

Навигацией в воздухоплавании называют определение маршрута воздушного судна от места взлета до места посадки. Направление полета, или, как говорят авиаторы, курс, и его скорость рассчитывают с учетом многих параметров, важнейшими из которых является направление и скорость ветра. В результате на специальной навигационной карте, находящейся в распоряжении штурмана, прокладывается линия маршрута самолета.

Что такое маяк, всем хорошо известно. Многие сотни лет он верой и правдой служит морякам, обозначая вспышками света опасные участки береговой линии. Подобный принцип был заложен и в радиомаяк, только вместо световых сигналов, которые можно не заметить, пролетая над облаками, это устройство посылает в эфир импульсы специально закодированных радиосигналов. Штурману остается только настроиться на радиомаяк нужного аэродрома, и самолет уже никогда не собьется с курса. Начиная с 1920 г. принцип проложения курса по радиомаякам начал приживаться во всем мире, а начиная с 40-х гг. в дополнение к этому прибору, использующему в своей работе радиоволны, появился еще один — радиолокатор. Еще в начале XX в. российский ученый, изобретатель радио А.С. Попов во время проведения экспериментов с радиоволнами обратил внимание на то, что они имеют способность отражаться от различных предметов. Отражаясь, радиоволны возвращались назад к тому месту, откуда их отправили. Если теперь их принять на антенну специального прибора, похожего на телевизор, то на его экране будет нарисована картинка того предмета, от которого отразились волны. При этом ни время суток, ни даже погодные условия практически не влияют на полученное изображение. Получается, что если установить такой прибор на борт самолета, то он сможет летать практически в любую погоду, и даже в самое темное время суток его штурман без проблем найдет дорогу к аэродрому, а пилоты уверенно осуществят посадку.

Не менее важной величиной, которую необходимо учитывать во время прокладывания курса, является скорость полета самолета. На летательных аппаратах для ее измерения тоже имеется специальный прибор — манометр. Он воспринимает давление встречного потока воздуха — аэродинамическое давление. В 1910 г. указатель скорости представлял собой пластинку, закрепленную на пружине. Во время полета встречный поток воздуха давил на пластинку, которая, сжимая пружину, смещала стрелку прибора. Чем большую скорость развивал самолет, тем сильнее отклонялась стрелка. Естественно, такой способ измерения был весьма приблизительным, так как не учитывал многих особенностей полета. Например, попутный ветер не оказывал своего воздействия на пластинку прибора, а встречный напротив давил на нее изо всей силы. Кроме этого с увеличением высоты полета плотность воздуха снижалась, следовательно, давление на пластинку прибора уменьшалось. Поэтому при одной и той же скорости полета самолета показания указателя скорости на высоте будут меньше, чем у поверхности земли. На деле это приводило к тому, что у пилота создавалось впечатление, что скорость его аппарата падала. Но это являлось еще не самым большим неудобством.

Пилот современного самолета должен обладать высоким мастерством для того, чтобы не запутаться в показаниях многочисленных приборов и органов управления, установленных в его кабине.

Из истории абсолютных мировых рекордов дальности полета. Начиная с 1911 г. и до начала первой мировой войны пилотами-«дальнобойщиками» являлись французы. Они же первыми преодолели отметку в тысячу километров. Кстати, пилоты использовали для рекордных полетов самолеты только отечественных фирм «Farman» и «Nieuport». 1 сентября 1911 г. Э. Фурни достиг отметки 723 км, состоявшийся 24 декабря 1911 г. полет Ж. Гебе был длинной 740 км. 11 сентября 1912 г. все тот же Э. Фурни пролетел 1 011 км, а А. Сеген 13 октября 1913 г. закрепил лидерство Франции на отметке 1 021 км.

Агрегаты автоматической навигационной системы AN/ASN-7, выпускаемой приборостроительной фирмой «Ford». Система обеспечивает показания местоположения самолета по широте и долготе, курс и расстояние. Эта система может принимать информацию о ветре в различных формах.

Измеряя скорость движения аппарата таким весьма неточным способом, трудно было определить истинное расстояние, которое преодолел самолет. В результате штурман мог либо слишком рано дать пилоту команду заходить на посадку, либо, напротив, «проскочить» нужный аэродром. Современные приборы измерения скорости полета лишены всех этих недостатков. В показания скорости полета автоматически вводятся поправки на высоту полета и влияние ветра.

Но не только измерение скорости полета потребовало создания более совершенных приборов. Изменения коснулись и приборов, регистрирующих высоту полета. На смену статоскопу пришел более точный прибор — барометрический высотомер. Его показания основаны на изменении атмосферного давления, уменьшающегося с увеличением высоты полета. Разность давления на высоте полета и на каком-то исходном уровне, например на уровне аэродрома, и определяет высоту полета.

Но как узнать высоту самолета, пролетая над горами? Ведь штурману не известно атмосферное давление на уровне вершины горы. В наши дни барометрический высотомер был дополнен еще одним прибором — радиовысотомером, это не что иное, как маленький радиолокатор. Он посылает радиоимпульсы к земле и определяет время, за которое сигнал долетает до ее поверхности и, отразившись, возвращается назад. Скорость радиоволн известна — 300 000 км/с, и бортовому компьютеру не составит большого труда рассчитать высоту полета.

Мы познакомились лишь с некоторой частью приборов, находящихся в распоряжении штурмана. Хотя даже их вполне достаточно, чтобы штурман небольшого самолета с помощью обычной карты, бортового радио и подручных инструментов произвел навигационные расчеты. Военные самолеты и гражданские лайнеры для навигации используют более сложное бортовое электронное и компьютерное оборудование. Кроме этого на службе у штурманов находится хорошо развитая система, построенная на использовании навигационных космических спутников. С ее помощью штурман может определить положение своего самолета с точностью в несколько метров. В последнее время были разработаны такие современные системы, которые включают в себя весь комплекс измерительной аппаратуры, а вся навигационная информация выводится на экран штурманского дисплея.

Индикатор кругового обзора панорамного радиолокатора, устанавливаемого на самолетах в 50—70-х гг. XX в.

Из истории абсолютных мировых рекордов дальности полета. После окончания первой мировой войны самолеты «научились» летать на такие расстояния, что по времени это могло занять несколько дней. 3—4 февраля 1925 г. экипаж французских пилотов в составе Л. Аррашара и А. Леметра осуществил беспосадочный перелет на расстояние 3 166км. 26 мая — 7 июня 1926 г. француз Л. Аррашар, отправившись в рекордный полет, в одиночку преодолел 4 305 км. 14—15 июля 1926 г. рекорд установлен снова французским экипажем. Пилоты А. Жирье и Р. Дорлилли совершили перелет на 4 716 км. 28 сентября — 9 октября 1926 г. Л. Косте и Ж. Риньо (Франция) увеличили рекордную дистанцию до 5 396 км.

Указатель скорости. Таким прибором пилоты пользовались в 30—50-х гг. XX в. Самолет неподвижен, поэтому обе стрелки указателя находятся на нулевой отметке.

Принцип работы современной авиационной системы спутниковой навигации. Штурман самолета принимает сигналы сразу от четырех навигационных спутников. Полученные координаты позволяют ему определить собственное местонахождение, высоту и даже скорость движения.

Рабочее место пилота самолета не меньше штурманского оснащено всевозможными приборами. В первую очередь это прибор, показания которого позволяют контролировать устойчивость аппарата в полете — «сохранять горизонт», как говорят пилоты. Когда земля видна, это несложно сделать по видимому впереди горизонту. Но в темное время суток или при неблагоприятных погодных условиях сохранить горизонтальность самолета весьма сложно. На чувства и ощущения надеяться не стоит — они обычно обманывают. Вдруг может показаться, что самолет «завалился на крыло» или «клюнул носом». Для того чтобы не произошло ошибки, пилоту нужен специальный прибор — авиагоризонт. Главной его деталью является гироскоп. Он напоминает обыкновенный волчок, ось вращения которого имеет свойство всегда сохранять свое положение в пространстве и показывать положение горизонта.

В распоряжении пилота находится еще один очень интересный прибор. Речь идет об автопилоте, который может вести самолет без вмешательства человека. Автопилот способен точно выдерживать заданный курс, скорость, высоту, горизонтальное положение самолета, несмотря на любые внешние воздействия. Если самолет по какой-то причине отклонится от курса, приборы автопилота незамедлительно сообщат об этом бортовому компьютеру. Он оперативно и с большой точностью определит, на какой угол нужно повернуть руль направления, чтобы самолет лег на правильный курс, и даст команду электрической рулевой машине. По команде летчика автопилот способен далее выполнить виражи, подъемы и спуски. Следует добавить, что во время дальних перелетов большую часть времени самолетом управляет не пилот-человек, а пилот-автомат.

Со времен первой мировой войны самолеты снабжались аварийно-спасательным оборудованием. Современные лайнеры оснащены кислородными масками, автоматически опускающимися с потолка при аварии, плотами, быстро надувающимися при посадке на воду, надувающимися трапами для безопасного и быстрого выхода из приземлившегося самолета. Пилоты военных самолетов одеты в специальные костюмы для полетов на большой высоте.

Удивительная устойчивость, сообщаемая волчку быстрым вращением, долгие годы привлекала внимание ученых и изобретателей. Еще в 1852 г. французский ученый Леон Фуко на заседании Парижской академии наук продемонстрировал свой первый гироскопический прибор, при помощи которого можно было даже обнаружить вращение Земли. Один из первых приборов, построенных на основе гироскопа, широко использовался во флоте для измерения географической широты местонахождения корабля во время шторма. Волчок служил в этом приборе для определения искусственного горизонта. Несколько позже началось широкое использование гироскопов в военной технике. Так, в 1898 г. австрийский инженер Н. Обри изобрел устройство, получившее название прибор Обри. Оно предназначалось для обеспечения заданного направления движущейся в воде торпеде. Так забавная детская игрушка превратилась в устройство, помогающее уничтожать корабли противника. Вскоре, по примеру моряков, гироскоп в качестве искусственного горизонта начали использовать и авиаторы.

Упрошенная конструкция гироскопа.

Из истории абсолютных мировых рекордов дальности полета. Начиная с 1927 г. в соревнование на длительность полетов включились американские пилоты. 20—21 мая 1927 г. Чарльз Линлберг, в одиночку управляя самолетом модели «Ryan NYP», пролетел 5 809 км. Этот рекорд просуществовал всего несколько недель. 4—6 июня 7 927 г. экипаж из Соединенных штатов Америки в составе пилотов Ч.Л. Чамберлина и Э. Ливайна пролетел 6 294 км. 3—5 июля 1928 г. первенство перешло к Италии. Пилоты А. Феррарин и Л. Прете увеличили дальность полета до 7 188км.

Кроме измерительных приборов современный самолет имеет большое количество контрольной аппаратуры и устройств. Аппараты во время полета следят за расходом горючего, по мере необходимости переключают топливные баки, «докладывают» экипажу, сколько истрачено и сколько еще осталось топлива в данный момент. Аппараты вычисляют путь, следят за курсом, определяют пройденное расстояние, учитывают действие ветра, вводят поправки и точно направляют самолет к цели. Автоматические устройства зорко следят за противопожарной безопасностью, и если в воздухе все-таки возникнет пожар, приборы сообщат пилотам о беде и направят на огонь особые пламегасящие составы. Характерной особенностью современных самолетов является то, что все ответственные системы в них продублированы. Одну и ту же функцию контроля или управления выполняют 2, 3, а иногда далее 4 независимые системы. Так, например, если перед посадкой не выпустилось шасси от основной системы, есть запасная, не зависящая от первой, а еще есть и аварийный выпуск. Такое многократное резервирование систем — залог надежности и безопасности современных летательных аппаратов. Управлять самолетом — значит изменять его положение в полете или противодействовать порывам ветра, скорость которого на высоте 11 км может достигать 200 км/ч.

Предположим, что летчику необходимо вывести самолет из горизонтального положения так, чтобы левое крыло оказалось ниже правого. Такой маневр называют креном влево. Для его осуществления служат элероны — подвижные плоскости крыла. Если элерон на правом крыле отклонить вниз, увеличивая при этом подъемную силу этого крыла, и одновременно отклонить элерон левого, то самолет выполнит необходимый нам маневр — накренится влево.

Для изменения курса вправо или влево служит руль направления. В стандартной конструкции самолета он находится на киле — вертикальной части хвостового оперения. Для продольного управления вверх или вниз служит руль высоты, расположенный на горизонтальной части хвостового оперения. Законы аэродинамики требуют для хорошего управления самолетом, чтобы все рули были размещены как можно дальше от центра тяжести летательного аппарата. Поэтому элероны располагают на концах крыльев, а рули высоты и направления вынесены в хвост.

Силы, действующие на самолет во время полета.

 

Расположение на самолете рулей управления.

Из истории абсолютных мировых рекордов дальности полета. В годы результаты предшествующие второй мировой войне рекордов стали более значительными. Скорее всего, на это повлияло желание каждого государства продемонстрировать свою мощь. 28—30 июля 1931 г. американские пилоты Р.Н. Борлман и Дж. Поланло достигли отметки 8 065 км. Почти 500 км к этому результату добавили англичане: 6—8 февраля 1933 г. экипаж О. Гейфорла и Дж. Николетса пролетел расстояние, равное 8 544 км. 5—7 августа 1933 г. французы О. Росси и Л. Коле совершили перелет на 9 104 км.

Положение самолета в воздушном пространстве пилот имеет возможность контролировать по показаниям авиагоризонта, который построен на основе гироскопа.

Из истории абсолютных мировых рекордов дальности полета. Первыми пилотами, преодолевшими юбилейный десятитысячный рубеж, стали советские пилоты М. Громов, С. Данилин, А. Юмашев. 12—14 июля 1937 г. самолет-рекордсмен «АНТ-25» совершил беспосадочный перелет дальностью 10 148 км. В некоторых источниках можно встретить другую цифру — 11 500 км, но вероятно преодоление некоторой части этой дистанции не соответствовало международным правилам, и поэтому не было учтено при регистрации рекорда. 5—7 ноября 1938 г. сразу два английских экипажа совершили перелет длительностью 11 520 км. (первый экипаж—пилоты Келлет и Гетинг, второй — Комб и Борнетт).

Рулем направления пилот обычно управляет, нажимая на педали. Движение правой ногой вперед — и руль направления займет положение, при котором самолет повернет в правую сторону, левой — соответственно влево. Элероны и руль высоты присоединены к одному рычагу — ручке управления. Если пилот потянет эту ручку на себя — рули высоты отклонятся вверх. На хвосте возникнет аэродинамическая сила, направленная вниз, которая и заставит самолет увеличить угол атаки. Это приведет к тому, что летательный аппарат «задерет нос» и начнет набор высоты. Для того, чтобы снизить высоту полета, пилот отклоняет ручку управления от себя. Силы, возникающие на хвосте самолета, заставляют летательный аппарат «клюнуть носом» и начать снижение. Эта же ручка служит для управления креном самолета. Показания установленного на приборной доске, расположенной в кабине экипажа, авиагоризонта, использующего в своей работе принцип гироскопа, позволяют пилоту следить за тем, чтобы самолет сохранял «горизонтальность» полета. В том случае, если самолет, например, «завалился на крыло», пилот смещает ручку управления влево или вправо. Тяги, которые связывают ручку управления с элеронами, отклоняют их, и самолет устраняет крен.

Ручку управления пилот обычно держит правой рукой, а левой управляет тягой авиационных двигателей и еще множеством всевозможных приборов расположенных в кабине. Однако на современных самолетах, где в экипаж входят еще бортинженер, радист и штурман, за приборами и работой двигателей найдется кому присмотреть и кроме пилота — ему остается только управлять самолетом. Вместо ручка управления на таких самолетах устанавливают штурвал — устройство, похожее на «баранку» автомобиля.

Вполне естественно, что во время управления современным самолетом, вес которого достигает нескольких десятков тонн, пилоту, как, впрочем, и всему экипажу, не хватит сил отклонить рули высоты или направления. Чтобы избежать подобной ситуации, в системы управления самолетом встраивают специальные устройства — сервомоторы, которые и осуществляют отклонения рулей, а пилот только управляет ими. Такой механизм может представлять собой гидроусилитель — цилиндр, в котором масло под большим давлением перемещает поршень, связанный с одним из рулей. В свое время такой механизм был использован в первых реактивных самолетах и получил название бустера.

Новая приборная лоска с ленточными шкалами, комбинированным директорным прибором и указателем информации. Компасная панель расположена наклонно: 1 - тормозной парашют; 2 - закрылки; 3 - шасси; 4 -заданное число М; 5 -приборная скорость (узлы); 6 - «выключено» JLS направление; 7 - радиомаяк; 8 - задатчик направления; 9 - мили; 10 - заданный курс; 17 - установка; 12 - «задано»; 13 - барометрическая высота у земли; 14 -установка барометрического давления.




Авиация и космонавтика, вооружения, hi-tech, открытия, концепции и изобретения...

Наука, техника, изобретения © 2009-