Pamiętajmy, nie tak odległa przeszłość - koniec XIX wieku. Po ulicach stolic jechały niezdarne samochody. Wyprzedziły je konie, a nawet piesi. Wystartowały pierwsze kontrolowane balony. Płonęły i rozbijały się prawie przy każdym locie. Śmiała próba dotarcia do bieguna północnego balonem na ogrzane powietrze szwedzkiego inżyniera Andre'a kosztowała życie jego i jego towarzyszy. Słynne loty Lilienthala na szybowcu zakończyły się śmiercią dzielnego szybowca …
Wszystko to znajdowało się u progu nowoczesnego etapu lotnictwa. Odważni wynalazcy zginęli, torując drogę ludzkości w powietrzu. Ale ich doświadczenie pozostało, nagromadziło się i na początku XX wieku. człowiek odniósł wielkie zwycięstwo: stworzył dla siebie skrzydła wyposażone w silnik.
W 1903 roku Amerykanie, bracia Wright, wystartowali w zmotoryzowanym pojeździe i wytrzymali około minuty. Ich loty za każdym razem wydłużały się. Już w 1905 roku wytrzymali w powietrzu 38 minut, lecąc około 40 km.
W pierwszych dziesięciu latach istnienia samolotów projektanci tworzyli swoje samoloty za pomocą dotyku, nie wiedząc, jak będą się zachowywać w powietrzu. Pierwsze samoloty były jak latawce, jak latające czegokolwiek. Podczas wojny imperialistycznej szeroko stosowano samoloty. Od kilku lat badamy podstawowe prawa aerodynamiki. Konstrukcje samolotów były stale ulepszane. Wkrótce samolot otrzymał nowoczesny, zamknięty, opływowy kształt.
Już w 1935 roku samoloty zaczęły osiągać prędkości do 400 km na godzinę, wznosiły się na wysokość 10 tys. Km, leciały w linii prostej bez lądowania do 8 tys. Km, podnoszone wraz z nimi do 10 ton.
Można by pomyśleć, że wszystko zostało wzięte z lotnictwa, że przyszedł czas na opracowanie kilku standardowych projektów samolotów do różnych celów, tak aby w przyszłości wprowadzać do nich tylko drobne zmiany.
Oczywiście, że nie. Dziś ludzkość kończy dopiero pierwszy etap rozwoju lotnictwa. Możliwe, że świat jest już u progu stworzenia jakościowo nowych maszyn latających.
Spróbujmy sobie wyobrazić, jak będą wyglądały samoloty przyszłości. Jest mało prawdopodobne, aby przypominały nawet najbardziej zaawansowane nowoczesne modele.
Film promocyjny:
Tak zwane „latające skrzydła” już się pojawiają. Samochody zostały uwolnione z ogona, jakby z niepotrzebnego balastu. To prawda, że ogon zapewnia stateczność samolotu, ale zwiększa rozmiar samolotu, stwarza dodatkowy opór oraz zmniejsza manewrowość i mobilność. Samoloty bezogonowe istnieją już od kilku lat. Wszystkie nadal mają istotną wadę: nie są zbyt stabilne w locie.
Nowoczesny, szybki jednomiejscowy samolot. Na uwagę zasługują małe wymiary samolotów i ogona. Samolot został „przykryty” do granic możliwości. Taki samolot osiąga prędkość 550 km na godzinę.
Niektórzy projektanci starają się ostrożniej pozbywać się ogona: stopniowo skracają kadłub, przybliżając ogon bliżej skrzydła. Jeden z tych samolotów Fokkera został pokazany na Paris Air Show w 1936 roku. W przypadku tego samolotu kadłub zastąpiono dwoma wąskimi belkami podtrzymującymi ogon. Samolot wyróżniał się cienkim profilem i małymi rozmiarami skrzydeł. Obciążenie na 1 m2 m powierzchni nośnej skrzydeł osiągnęła 140 kg dla tego samolotu - półtora raza więcej niż w przypadku konwencjonalnych maszyn. Ten samolot mógł latać z prędkością 506 km na godzinę.
Trzeba pomyśleć, że stopniowo pozbywając się kadłuba, konstruktorzy znajdą wreszcie dość stabilną postać samolotu bezogonowego. Już niektóre firmy w Ameryce zaczęły projektować potężne „latające skrzydła” pasażerskie przeznaczone do przewożenia do 100 pasażerów.
Masywny wygląd takich samolotów mógłby zapoczątkować drugi etap lotnictwa: samoloty bezogonowe będą latać w powietrzu. Te maszyny będą wymagały nowych usprawnień. Okazuje się, że przy prędkościach 700-800 km / h nowoczesne „tępe” formy mają zbyt duży opór. Projektanci latających skrzydeł postarają się maksymalnie wyostrzyć kadłub i profil skrzydła. Silnik najwyraźniej zostanie cofnięty. W nowoczesnych samolotach strumień powietrza wytwarzany przez śmigło uderza w płaszczyznę samolotu i tworzy dodatkowy opór. Ciąg śmigła podczas przenoszenia go z powrotem ulegnie znacznej poprawie. Stery będą znajdować się na tylnej krawędzi skrzydła, podobnie jak lotki. Na końcach skrzydeł umieszczone zostaną stery w postaci specjalnych podkładek. Samolot nie będzie miał żadnych wystających części. Nawet osłona kabiny zostanie wyrównana z powierzchnią. Jak pokazują przybliżone obliczenia, prędkość takiego dwumiejscowego bezogonowego samolotu z silnikiem o pojemności 2 tysięcy litrów. z. można przywieźć do 800 km na godzinę. Obciążenie na 1 m2 m skrzydło osiąga 200 kg - dwa razy więcej niż w nowoczesnych maszynach.
Konstrukcje samolotów bezogonowych potrafią długo podbijać przestrzeń powietrzną. Ale teraz prędkość samolotu zacznie osiągać 1000 km na godzinę. Zbliża się do prędkości, dźwięku, a następnie przerośnie. Wraz z pojawieniem się takich „prędkości naddźwiękowych” śmigło będzie musiało ustąpić miejsca innemu napędowi. Jeśli śmigło obraca się zbyt szybko, większość powietrza po prostu zsuwa się z łopatek, a śmigło nie może już zwiększać swojej mocy. Projektanci zmierzą się z kolejnym problemem: jak wymienić śmigło, które w lotnictwie rzetelnie pracowało od dziesięcioleci? Niewykluczone, że w mniej lub bardziej odległej przyszłości pojawi się nowy typ napędu, działający np. Na zasadzie odśrodkowej.
Samolot dwubelkowy, który został zademonstrowany na wystawie w Paryżu. Jednostka ogonowa jest blisko skrzydła. Ten samolot - krok przejściowy do bezogonowych „latających skrzydeł”.
Wyobraź sobie duży, wybrzuszony, przypominający bufor dysk z otworem pośrodku. Ta dziura nie jest przelotna. Na pewnej głębokości jest podzielony na kilka „wałków” rozciągających się od środka w kierunku promieniowym i rozciągających się na zewnątrz na krawędziach dysku. Jeśli zaczniemy obracać taki dysk, to pod wpływem siły odśrodkowej powietrze w jego promieniowych wałach zostanie wyrzucone na brzegi i wybuchnie. W jego miejsce nowa porcja powietrza zostanie zassana przez otwór pośrodku. Na krawędzi tarczy można umieścić kierownicę tak, aby strumień powietrza kierowany był w jednym kierunku, prostopadle do promieniowych wałów. Przepływ ten popchnie dysk w przeciwnym kierunku. Obracając taki dysk z ogromną prędkością, można wytworzyć silny ciąg.
Oprócz odśrodkowego można sobie wyobrazić inny typ urządzenia napędowego opartego na zasadzie lotu owadów, które swoimi skrzydłami opisują zamkniętą figurę przypominającą ósemkę. Łopaty takiego śmigła będą uderzały w powietrze całym swoim obszarem, więc poślizg powietrza zostanie wyeliminowany.
Dla dalszego rozwoju lotnictwa zbędnym balastem może okazać się nie tylko ogon, ale także skrzydła. Będą przechowywane tylko do startu i lądowania.
Najwyraźniej śmierć skrzydeł nastąpi stopniowo, podobnie jak śmierć ogona. Pojawią się samoloty z chowanymi skrzydłami, które po starcie chowają się jak teraz chowane podwozie. Oprócz tego silnik wraz ze śmigłem włączy specjalną ramę. W ten sposób możliwa będzie zmiana kierunku nacisku w górę lub w dół, w zależności od tego, gdzie obraca się rama z zespołem silnikowym.
Rozpocznie się więc kolejny etap lotnictwa. Samolot ponownie zmieni swój kształt. Zacznie przypominać latający pocisk, a raczej bombę powietrzną. Z jego skrzydeł pozostaną tylko małe wyrostki, podobne do stabilizatorów bomb. Samoloty-pociski pojawią się w powietrzu. Ich prędkość przekroczy 1000 km na godzinę. Aerodynamika samolotów zbliży się do balistyki artyleryjskiej.
Miną dziesiątki lat, a samolot w końcu straci skrzydła i stanie się jak nowoczesny pocisk w kształcie cygara. Ogon tego pocisku będzie otoczony wieloma otworami, przez które można skierować strumień powietrza o dużej prędkości. Regulując ten przepływ, kierując go do jednego lub drugiego otworu, można podnosić lub opuszczać nos samolotu, prowadzić samochód poziomo lub po pochyłych liniach i skręcać w jednym lub drugim kierunku.
Lecący pocisk napędzany odśrodkowym śmigłem. W tylnej części pocisku widoczny jest pas otworów. Te otwory służą jako stery. Zamykając je i otwierając, można regulować przepływ powietrza z dużą prędkością wokół samolotu i zmieniać kierunek lotu.
Start takiego samolotu-pocisku nie będzie stwarzał szczególnych trudności. W tym celu możliwe jest dostosowanie podwozia czterokołowego, na którym samolot jest montowany przed startem. Po osiągnięciu wystarczającej prędkości pocisk ześlizgnie się z wózka i wzniesie się w powietrze. Podwozie pozostanie na lotnisku. Będzie można lądować za pomocą specjalnych min. Wlatując w taki wałek przez specjalny róg, pocisk uwolni serię hamujących łap na całym obwodzie. W kopalni wpada w potężny nadlatujący strumień powietrza, który szybko „ugasi” prędkość pocisku. W razie wypadku lub przymusowego lądowania kierowca może odłączyć zbiorniki ciężkiego paliwa i zespół turbiny, obracając uchwyt i opuszczając je. Kokpit z ludźmi zejdzie na spadochronie.
Trudno powiedzieć, jakie rekordy może powstać taki samolot przyszłości. Możliwe, że osiągnie prędkość do 2 tys. Km na godzinę i wysokość lotu do 100 km. Walka o prędkość, o wielkie wysokości na tym etapie lotnictwa znacznie przyspieszy rozwój wciąż dalekich od doskonałych silników odrzutowych. Takie silniki zostaną zainstalowane w wielu samolotach pociskowych.
Ale możliwe, że ten etap lotnictwa nie będzie ostatni. Ludzie będą chcieli spełnić swoje dawne marzenie - wydostać się ze sfery grawitacji Ziemi. Projektanci staną przed zadaniem pokonania oporu powietrza, co jest szczególnie prawdziwe przy dużych prędkościach.
Na zdjęciach lotu kuli widać, że dziura w szybie przebija się jeszcze zanim kula jej dotknie. Szkło zostaje rozbite przez ubite powietrze, które zgromadziło się wokół czoła pocisku. Bezpośrednio wokół każdego latającego ciała, czy to pocisku, czy samolotu, pojawia się gęsta powłoka powietrza, zwana warstwą graniczną. Grubość tej warstwy granicznej zależy od wielkości ciała latającego. Warstwa graniczna przesuwa się wraz z ciałem i chroni powierzchnię ciała przed zbyt silnym tarciem powietrza
Obserwacje te sugerują, czy nasza atmosfera, czyli powietrze otaczające Ziemię, jest tą samą warstwą graniczną dla naszego globu. Najnowsze badania dowodzą, że cały wszechświat jest wypełniony materią, ale tylko o różnych gęstościach. Przestrzeń międzyplanetarna jest również wypełniona materią, choć bardzo rozrzedzoną. Dlatego wokół planet pojawia się zagęszczona poduszka powietrzna. Ponieważ materia jest niezwykle rozrzedzona w przestrzeni międzyplanetarnej, Ziemia potrzebowała prędkości 30 km na sekundę, aby uzyskać warstwę graniczną o gęstości tylko jednej atmosfery. Wokół pocisku lecącego w tym już zagęszczonym środowisku tworzy się warstwa graniczna o gęstości setek atmosfer, chociaż pocisk leci w powietrzu wielokrotnie wolniej niż Ziemia w kosmosie.
Warstwa graniczna pocisku osiąga olbrzymią gęstość tylko w przedniej, nosowej części. Powoduje to również duży opór powietrza podczas lotu pocisku. Glob nie doświadcza takiego oporu. Atmosfera ziemska jest rozłożona równomiernie na całej powierzchni. Obrót Ziemi wokół własnej osi odgrywa w tym niezwykle ważną rolę. Gdyby Ziemia się nie obracała, to w przedniej części kuli powstałaby silnie zagęszczona poduszka powietrzna, a na drugiej półkuli atmosfera byłaby niezwykle rozrzedzona. Ale Ziemia, obracając się, konsekwentnie poddaje wszystkie swoje boki presji. Cząsteczki powietrza nie mają czasu na oderwanie się od powierzchni ziemi i ponowne poddanie się ciśnieniu, jakby uderzając nimi o ziemię.
Rura do lądowania przyszłych samolotów pociskowych. Lecąc w ten klakson, samolot wpada pod wpływem silnego nadlatującego strumienia powietrza, który szybko „tłumi” jego prędkość.
Zjawisko to można łatwo zweryfikować za pomocą modelu. Zbuduj dysk, na którego krawędzi kulka może się obracać wzdłuż własnej osi. Jeśli wprawisz dysk w ruch i jednocześnie wprawisz kulkę w ruch, uzyskasz szorstki model Ziemi, obracającej się jednocześnie wokół własnej osi i na orbicie. Przyklej kulkę na obwodzie, wzdłuż jej, że tak powiem, „równika” jedwabnej nici. Jeśli obraca się tylko jeden dysk, jedwabie te rozciągną się w jednym kierunku jak „ogon” komety. Jest to forma strumienia powietrza utworzonego wokół kuli lub pocisku. Jeśli obróci się tylko jedną kulkę, pozostawiając dysk w bezruchu, wówczas jedwabie pod wpływem siły odśrodkowej zakwitną we wszystkich kierunkach wzdłuż promieni. Jeśli w trakcie obracania kulki dysk zostanie wprawiony w ruch w tym samym czasie, wówczas jedwabne nici zostaną równomiernie dociśnięte do kulki ze wszystkich stron. To samo stanie się z nimico dzieje się z cząsteczkami powietrza wokół Ziemi.
Płaszczyzna odległej przyszłości - „Latająca planeta”. Na tej latającej piłce ludzie będą w stanie pokonać grawitację.
Zatem analogia z ruchem planet sugeruje, że możliwe jest wyeliminowanie oporu zagęszczonej warstwy granicznej, która gromadzi się z przodu latającego ciała. Jeśli nadamy temu ciału kształt kulisty i obrócimy je wokół osi podczas lotu, wówczas warstwa graniczna zostanie równomiernie rozłożona na całej powierzchni, w wyniku czego kolosalny opór powietrza, który pojawia się podczas szybkiego lotu, zniknie.
Być może więc ludzie pewnego dnia będą w stanie stworzyć małe „latające planety” o kulistym kształcie.
Spróbujmy sobie wyobrazić jedną z tych latających piłek.
Zewnętrzna powłoka latającej kuli jest ruchoma. Może obracać się wzdłuż osi tylko w jednym kierunku - od góry do dołu. Wewnątrz znajduje się drugi pocisk, zawieszony na tej samej osi, ale pod wpływem grawitacji pozostaje nieruchomy względem osi podczas lotu. Jest podzielony na kilka pięter. W jego dolnej części znajdują się ładunki i zapasy żywności. Powyżej znajduje się podłoga z ciekłym paliwem do silników odrzutowych (tlen, ciekły węgiel). Jeszcze wyżej są laboratoria naukowe, kwatery załogi, warsztaty i inne pomieszczenia gospodarcze.
Jak porusza się taka planeta-kulka?
W wewnętrznej powłoce kuli umieszczony jest tak zwany pas odrzutowy: po obwodzie komory znajdują się w pierścieniu, w którym spalane jest paliwo. W zewnętrznej, obracającej się powłoce kuli taśma reaktywna odpowiada pasowi z dyszami, przez które gazy powstające w komorach mogą wydostawać się na zewnątrz. Ta taśma zewnętrzna jest ciasno dociskana do wewnętrznej, tak że ślizganie się zewnętrznej powłoki nie stwarza żadnych przeszkód w działaniu komór strumieniowych. W zależności od tego, który sektor komór strumieniowych działa, kula może poruszać się do przodu lub do tyłu, w górę lub w dół przy dowolnym nachyleniu. W celu wykonywania zwojów piłki przewidziano również kilka bocznych komór.
Przed podniesieniem piłka toczy się po ziemi, aż nabierze wystarczającej prędkości do startu. Następnie komory reakcyjne są włączane tak, że pchnięcie kieruje kulkę w górę pod żądanym kątem. Lądowanie jest w przybliżeniu takie samo. Ale siła ciągu jest przenoszona do przodu i hamuje piłkę.
Prędkość wypływu gazów przez dysze strumieniowe można zwiększyć do 2 tys. M / s. W wyniku obrotu powłoki zewnętrznej opór powietrza będzie stosunkowo pomijalny.
Na takim latającym balonie ludzie osiągną niespotykaną prędkość - ponad 100 tysięcy kilometrów na godzinę. Za sześć do siedmiu godzin będzie można polecieć na Księżyc i wrócić. Człowiek na takim pocisku może z łatwością pokonać grawitację Ziemi i uwolnić się w ogrom wszechświata.
Autor: P. GROKHOVSKY. Rysunki: A. PREOBRAZHENSKY i S. LODYGIN. „Technologia dla młodzieży” 1938