Глава 1. История и физические основы планеризма
1. В соответствии с первой задачей учебно-исследовательской работы систематизируем историко-технические сведения о планеризме и полетах аппаратов тяжелее воздуха.
1.1. История планеризма
Самые ранние попытки человека оторваться от земли историки относят к древнему Китаю IV–III в. до н. э. В летописи «История ранней династии Хань» описано устройство, способное самостоятельно подняться и удерживаться в воздухе. Этот аппарат представлял собой плоскую раму из бамбука, обтянутую тканью или тонко выделанной древесиной, в воздухе он удерживался ветром. К аппарату привязывали нить, чтобы он не улетел. Устройство раскрашивали яркими красками, придавали ему формы сказочных чудовищ. Нам этот летательный аппарат известен как воздушный змей.
В IV в. н. э. китайский изобретатель Го Хун предположил, что связанные вместе несколько воздушных змеев смогут поднять в воздух человека. А из хроники «Всеобъемлющее зеркало истории» (XI в. н. э.) мы узнаем, что на протяжении 700 лет предпринимались попытки такого рода. Для этих экспериментов весьма опасных для жизни использовали военнопленных и осужденных на смерть преступников.
В XIV в. Марко Поло описывал в своем дневнике подъем людей в небо на огромном восьмиугольном воздушном змее.
Воздушный змей является прототипом простейшего планера.
Наблюдая за полетом птиц, люди давно заметили, что, кроме полета при помощи взмахов крыльев, существует еще другой вид полета — парение. На распластанных крыльях птицы плавно скользят, спускаясь вниз, но могут и без затраты мускульной силы взмывать вверх, используя для этого энергию восходящих потоков воздуха.
В 1856 г. француз Ж.-М. Ле Бри, капитан дальнего плавания, построил и опробовал один из первых планеров: деревянную конструкцию, обтянутую тканью, птицеобразной формы. Конструкция устанавливалась на телеге, запряженной несколькими лошадьми, и разгонялась до скорости, достаточной для отрыва от земли (Рис.1). Именно Ле Бри открыл буксирный метод старта, использующийся по сей день и доказал такие фундаментальные принципы аэродинамики, как удлиненные крылья и обтекаемый корпус фюзеляжа.
Иной принцип использовал француз Луи Пьер Муйяр. Он соединял между собой два крыла из легкого древесного каркаса, обтянутого тканью и отверстием посередине, куда помещался пилот. Аппарат должен был взлетать с возвышенности против ветра. Конструкция была нестабильна, однако удачно пролетела около 42 метров.
В России вклад в планеризм внес Н. А. Арендт, который в 1888 г. выпустил труд «О воздухоплавании, основанном на принципах парения птиц». Он разработал планер с профилированной конструкцией крыла, но не нашел поддержки среди соотечественников (Рис.2).
Дальнейший толчок в развитии планеризма дал немецкий инженер-конструктор Отто Лилиенталь (1848—1896) (Рис.3).
Изучив в определенной степени принципы парящего полета птиц, он изготовил в 1891 году планер с крыльями из ивовых прутьев, обтянутых тканью. Пилот, висевший на руках в центре крыла, балансировал своим телом для сохранения равновесия планера и его управления (Рис.4).
Такие устройства получили название балансирных планеров.
Шаг за шагом, учился Лилиенталь как можно лучше обращаться со своим планером: бегал с ним по наклонным спускам, прыгал с насыпей, пытался скользить на крыльях. За 5 лет экспериментов (с 1891 по 1896 год) совершил бесстрашный исследователь около 2000 планирующих полетов. Но 9 августа 1896 года, совершая очередной полет, инженер погиб.
Опыты Лилиенталя не были напрасными, так как они стали практическим доказательством возможности планирующего полета.
Немаловажный вклад в историю безмоторного полета внес американец Октав Шанют (Рис.5). Его первые планеры имели конструкцию схожую с аппаратами Лилиенталя, но со временем Октав изменил округлую форму крыла на ровную, что впоследствии стало общепринятым в строении аэропланов.
Измененился и хвост планера с появлением подвижных рулей управления и высоты. Планеры Шанюта были простыми, легкими, прочными, рациональными, что позволило им стать одними из лучших летальных безмоторных аппаратов своего времени. Устойчивость во время полета обеспечивалась, как и у Лилиенталя, балансировкой тела пилота, повисающего внизу на ремнях. Но все же длительность полетов на планерах Октава была еще небольшой – несколько десятков метров.
Изобретателями, разработавшими наилучшие модели планеров, были американцы Орвилл и Уилбер Райт, владельцы велосипедной мастерской. Они занялись изучением принципов полета в то время, когда многие отказались от смелой идеи воздушного полета – Лилиенталь погиб, самолеты с моторами разбились. Казалось, в развитии авиации никакой перспективы нет, но братья с энтузиазмом приступили к изучению и разработке. И труд их был вознагражден – после нескольких лет кропотливой работы им удалось построить не только устойчивый планер, но и первый надежный летательный аппарат с мотором – аэроплан.
В России планирующие полеты пропагандировал профессор Н.Е.Жуковский – «отец русской авиации».
Одним из первых русских планеристов был К.К. Арцеулов (Рис.6). В 1907 году он построил планер-балансир, на котором совершил небольшой полет с холма. Однако первые опыты оказались неудачными, планер был разбит. После этого Арцеулов построил еще три планера. На одном из них ему в 1912- 1913 годах удалось совершить довольно удачные полеты.
Советские планеристы добились выдающихся успехов в полетах на планеpax. Уже в 1921 году в Москве группа военных летчиков организовала кружок «Парящий полет». В 1923 году было создано Общество друзей Воздушного флота (ОДВФ). В дальнейшем это общество было реорганизовано в Авиахим, затем в Осоавиахим и в 1951 году в ДОСААФ.
Создание ОДВФ способствовало быстрому развитию всех видов авиационной деятельности в стране, в том числе и массового планеризма. В 1923 году в Крыму, вблизи Феодосии, были проведены первые Всесоюзные планерные соревнования, в которых участвовало девять планеров. Показанные на этих соревнованиях летные достижения, с современной точки зрения не были особенно выдающимися, но для того времени имели немаловажное значение.
Лучших результатов добился пилот Л. Юнгмейстер, который продержался в воздухе 1 ч 02 мин. В 1924 году в Крыму были проведены вторые Всесоюзные соревнования, в которых участвовали планеристы из 21 города страны и был представлен уже 51 планер. Последующие годы стали годами массового развития планеризма и все новых достижений советских планеристов.
В 1925 году пилот К. Яковчук парил на планере 9 ч 35 мин. В 1927 году планерист В.Степанчонок поставил новый советский рекорд продолжительности полета на планере —10 ч 22 мин. В 1932 году П. Головин увеличил продолжительность полета до 14 ч 18 мин, а через два года Н. Симонов парил в воздухе уже 35 ч. В 1937 году планерист В. Расторгуев на одноместном планере ГН-7 показал дальность 652 км, а 6 июля 1939 года О. Клепикова превысила и этот рекорд, пролетев на планере «Рот-Фронт» 749 км.
В юности увлекались планеризмом и создавали планеры такие известные авиаконструкторы, как А.С. Яковлев, О.К. Антонов, главный конструктор советских космических кораблей С.П. Королев.
Но успешное развитие советского планеризма прервала война, начавшаяся в 1941 г. После войны спортивный планеризм в нашей стране пришлось возрождать заново. Вся сеть планерных школ и кружков была разрушена.
В 1950 году впервые после войны, были проведены Всесоюзные планерные соревнования. Дальнейшее развитие планерного спорта потребовало коренного улучшения материально-технического оснащения планеризма. Эта задача была успешно решена: десятки рекордов установили советские планеристы.
История отечественного планеризма – это история многих достижений науки в летном деле, цепь научных открытий, позволившая разработать новые теоретические законы, двигать вперед и технику, и практику полетов. Удивительно, но планеризм "захватывал" в свою орбиту радиотехнику, физику, астрономию, метеорологию, аэродинамику и многие другие науки.
Первая планерная летающая лаборатория была разработана Б.Шереметевым в 1937 г. на базе планера Ш-10, во второй кабине которого располагалось экспериментальное оборудование. Перед самой войной была построена специализированная лаборатория (ЛС). Планер был оснащен необходимым оборудованием, позволявшим измерять распределение давления по крылу и спутной струе за крылом.
Для исследования аэродинамики больших скоростей, вплоть до 1150 км/час, П.Цыбиным были созданы планеры ЛЛ Ц-1 и ЛЛЦ-2. В 1947-48 г. на этих летающих лабораториях Сергеем Анохиным и Амет-Хан Султаном сделано около сотни полетов, в которых были получены важные экспериментальные материалы по аэродинамике околозвуковых скоростей, что было использовано при создании нового поколения реактивных самолетов.
Таким образом, изучение истории планеризма убеждает, что в разные периоды развития человечество обращало внимание на эту проблему. Видно, что развитие планеризма прошло путь от изготовления воздушных змеев до создания планеров, позволивших установить десятки рекордов. При этом были разработаны планеры с профилированной конструкцией крыла, балансирные планеры, первые летательные аппараты с мотором – аэропланы, а также другие перспективные конструкции. Были решены организационные задачи по созданию движений и обществ любителей планеризма. И самое главное – было доказано, что безмоторный полет аппаратов тяжелее воздуха возможен.
История отечественного планеризма - это история многих достижений науки в летном деле, цепь научных открытий, позволившая разработать новые теоретические законы, двигать вперед и технику, и практику полетов. Планеризм "захватывал" в свою орбиту радиотехнику, физику, астрономию, метеорологию, аэродинамику и многие другие науки.
1.2. Что такое планер?
Планер – это летательный аппарат тяжелее воздуха, предназначенный для безмоторного полета.
Современный спортивный планер – это небольшой самолет без мотора, но с очень длинными и тонкими крыльями. Все его устройство предназначено для того, чтобы он мог скользить по воздуху, как с наклонной горки, без затрат энергии.
Специально введен параметр – качество планера. Данный параметр характеризует не то, насколько крепко и добротно он сделан (хотя это требование никто не отменял). Качество планера определяется тем, сколько километров по прямой пролетит планер, скользя в спокойном воздухе, пока не опустится на землю.
Современные лучшие планера могут пролететь более 60 километров расстояния с каждого километра высоты. Значит, если его поднять на 10 километров, то он пролетает уже свыше 600 километров. Но, чтобы добиться таких показателей, приходится при проектировании прикладывать колоссальные усилия.
Геометрия крыльев, их размеры рассчитываются на самых мощных ЭВМ с точностью до микронов. Для уменьшения размеров поперечного сечения кабины спортсмен в ней располагается лежа, впрочем, довольно комфортно. Кабина словно облегает тело пилота, оставляя место только для движений рук и ног с органами управления.