А.Ф. Можайский – создатель первого отечественного самолёта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный технический университет гражданской авиации

Кафедра Гуманитарных и социально-политических наук

Контрольная работа

По «Истории воздухоплавания и авиации в России»

А.Ф. Можайский - создатель первого отечественного самолёта

Студента 1 курса заочного обучения

Минаева Александра Алексеевича

Специальность 160901

Шифр М-091279

Москва 2009

План

летательный аппарат можайский воздушный винт

Введение

1. Первые попытки постройки летательного аппарата тяжелее воздуха

2. Биография А.Ф. Можайского

3. Разработка А.Ф. Можайским основ конструкции ЛА

4. Первый в мире самолёт

Заключение

Список материалов

Введение

Первые чертежи летательных машин найдены в рукописях Леонардо да Винчи, великого итальянского ученого, художника и инженера эпохи Возрождения. После Леонардо да Винчи многие изобретатели в различных странах работали над созданием самых причудливых летательных аппаратов. Некоторые копировали птиц, приделывали к рукам крылья и так пытались подняться в воздух. Но человек полетел, опираясь не на силу своих мышц, а на силу своего разума.

Следующий шаг в создании летательных аппаратов тяжелее воздуха сделал один из величайших русских учёных Михаил Ломоносов. По этому поводу в протоколе заседания Российской Академии наук от 1 июля 1754 года имеется запись: "Высокопочтенный советник Ломоносов показал изобретенную им машину, называемую им аэродромической (воздухобежной), которая должна употребляться для того, чтобы с помощью крыльев, движимых горизонтально, в различных направлениях силой пружины, какой обычно снабжаются часы, нажимать воздух (отбрасывать его вниз), отчего машина будет подниматься в верхние слои воздуха, с той целью, чтобы можно было обследовать условия (состяние) верхнего воздуха посредством метеорологических машин (приборов), присоединенных к этой аэродромической машине".

В том же году М.В. Ломоносов писал, что он сделал машину, которая, сама поднимаясь вверх, может поднять маленький термометр. Это была модель вертолета и первая в мире документированная практическая разработка летательного аппарата тяжелее воздуха - вертолета с соосными винтами. Однако для того времени реализация идеи вертолета оказалась слишком сложной.

После создания первых летающих моделей, коих было великое множество, следовало приступить к постройке собственно самолёта в натуральную величину. И здесь уже предстояло решить гораздо больше различных проблем, самой главной из которых было отсутствие подходящих двигателя и движителя, но и о финансовой составляющей проекта нельзя забывать.

1. Первые попытки постройки летательного аппарата тяжелее воздуха

Постройка самолета была делом дорогим. Первым, кто рискнул ради этой авантюры всем, что имел, был французский морской офицер Феликс дю Тампль. В 1857 г. он получил патент на «аппарат для воздушной навигации» - моноплан с тянущим пропеллером и убираемым в полете колесным шасси.

В процессе постройки самолета, продолжавшейся 20 лет, в его конструкцию были внесены значительные изменения. Калориферный двигатель оказался ненадежным и был заменен паровым, диаметр пропеллера был уменьшен, а размах крыла, наоборот, увеличен. Кроме того, Тампль отказался от убираемого шасси. Ржавчина, не прекращающиеся переделки и ремонт лишили аэроплан первоначальной прочности, поэтому перейти к летным испытаниям изобретатель не решился.

Однако идея создания летательного аппарата тяжелее воздуха пустила корни и в России.

Самолет с треугольным крылом затеял построить отставной артиллерийский офицер Николай Телешов. В 1864 г. он разработал проект пассажирского лайнера на 120 человек с паровой машиной и воздушным винтом, который позже трансформировался в проект самолета с реактивным двигателем. В России, на родине Телешова, всерьез его идеи никто не принял. Зато в министерстве торговли Франции к ним отнеслись вполне серьезно и выправили соответствующий патент. Получить что-то большее у меркантильных французов Телешову не удалось. Пока он расплачивался с долгами за свое заграничное турне, появился новый любитель пускать деньги на ветер - помещик Сергей Микунин.

Прототипом самолета ему послужила модель Джона Стрингфеллоу, показанная на аэронавтической выставке в Лондоне. Строительство аппарата началось в Москве в 1877 г., и, хотя год спустя корпус был готов, Микунин настолько охладел к своей идее, что даже не стал покупать двигатель.

Первым кому удалось довести постройку самолёта до стадии реальных лётных испытаний, был потомственный моряк, талантливейший изобретатель Александр Фёдорович Можайский. Доподлинно не известно взлетел или нет этот самолёт, но заложенные в его конструкции принципы применяются до сих пор.

2. Биография А.Ф. Можайского

Александр Федорович Можайский родился 9 марта 1825 г. в семье потомственного моряка, адмирала русского флота Федора Тимофеевича Можайского. А.Ф. Можайский получил воспитание в Морском кадетском корпусе, который он блестяще окончил 19 января 1841 г. Год спустя он был произведен в мичманы.

После семилетнего плавания на различных кораблях в Балтийском и Белом морях Можайский в 1849г. получил чин лейтенанта.

В 1850-1852 гг. Можайский плавал на Балтийском море. В 1853-1855 гг. он на фрегате "Диана" участвовал в дальнем плавании Кронштадт - Япония.

В конце 1855 г. Можайский был назначен на бриг "Антенор", который крейсировал в Балтийском море и охранял подступы к Финскому заливу от диверсионных набегов англо-французских кораблей.

В 1858 г. Можайский принял участие в Хивинской экспедиции, организуя ее передвижение по воде на специально выстроенных для этой цели судах. Он составил первое описание водного бассейна Аральского моря и реки Амударья. По возвращении из экспедиции Можайский был назначен старшим офицером 84-пушечного корабля "Орел".

8 сентября 1859 г. Можайский получил очередной чин капитан-лейтенанта. После спуска на воду клипера "Всадник" он был назначен его командиром и плавал на нём в Балтийском море до 1863 г.

В 1863 г. Можайский был уволен в отставку в связи с вынужденным сокращением численности флота после Крымской войны, но в 1879г. был вновь зачислен на действительную военную службу в чине капитана 1 ранга и направлен в Морской кадетский корпус, где вел курс морской практики.

В июле 1882 г. капитану 1 ранга Можайскому было присвоено звание генерал-майора с увольнением от службы "по домашним обстоятельствам". Впоследствии Можайскому было присвоено звание контр-адмирала.

1890 21 марта - смерть. Могила А.Ф. Можайского находится на Смоленском кладбище в Санкт-Петербурге.

3. Разработка А.Ф. Можайским основ конструкции ЛА

Мысль о создании летательного аппарата тяжелее воздуха появилась у Можайского еще в 1855 г., когда он начал вести тщательные наблюдения за полетами птиц и воздушных змеев.

В 1872 г. после ряда кропотливых исследований и экспериментов Можайский установил зависимость между подъемной силой и лобовым сопротивлением при различных углах атаки и обстоятельно осветил вопрос полета птиц.

Немецкий исследователь и планерист Лилиенталь проделал аналогичную работу на 17 лет позднее Можайского.

Проверяя свои выводы и наблюдения на практике, Можайский производил опыты в двух направлениях: с одной стороны, он работал над винтами, которые должны были создавать самолету тягу в воздухе, с другой, - над моделями самолетов.

В 1876 г. Можайский, по свидетельству инженера Богословского, "два раза поднимался в воздух и летал с комфортом" на воздушном змее. Таким образом. Можайский первым в мире летал на воздушных змеях, опередив на десять лет французского испытателя Майо (1886 г.), на восемнадцать лет англичанина Баден-Поуэла (1894 г.) и на двадцать лет австралийца Харгрэва (1896 г.).

Кроме опытов с воздушными змеями, А.Ф. Можайский работал над созданием летающих моделей и над проектом давно задуманного им летательного аппарата тяжелее воздуха. Во время службы в Морском корпусе Можайский, пользуясь консультацией крупнейших русских ученых, продолжал совершенствовать свои проекты. Серьезными поисками в этой области он стал заниматься несколько позже и пришел к выводу о необходимости разработать летательный аппарат с неподвижным крылом, в работе которого использовался бы принцип динамического полета. Уволившись со службы, он без какой-либо помощи со стороны правительства продолжал свои работы.

Научный эксперимент - это был единственно возможный в то время путь исследования для оценки возможного значения подъемной силы при различных углах атаки, а также определения необходимой площади крыла и скорости полета. Ведь аэродинамика как наука тогда еще не существовала, и лишь спустя 25-30 лет основы ее были заложены великим русским ученым Н.Е. Жуковским. Не было еще аэродинамических труб и аэродинамических весов для испытания моделей самолета.

А.Ф. Можайский создал прибор - движущуюся тележку с прообразом аэродинамических весов. С помощью этого прибора можно было производить расчет лобового сопротивления и подъемной силы крыла самолета. Изготовленные Можайским модели самолета с приводом винтов от пружины демонстрировалась в полете в Петербургском манеже.

Эта модель, названная им "летучкой" или «летуньей», состояла из небольшой лодочки-фюзеляжа, к которой под углом 3° была прикреплена одна прямоугольная несущая поверхность. Тягу модели создавали три воздушных винта, один из которых располагался в носу лодочки, а два других - в специально сделанных прорезях крыла. Винты приводились в движение заведенной часовой пружиной. Рулевые поверхности (горизонтальная и вертикальная) были вынесены назад. Для взлета и посадки модель имела четыре колеса, расположенных под фюзеляжем. Модель совершала устойчивые полеты, со скоростью свыше 5м/сек с дополнительной нагрузкой около 1 кг.

В начале 1877 г. Можайский обратился в Воздухоплавательную комиссию Военного министерства с просьбой об оказании материальной помощи. Была создана комиссия, рассмотревшая и одобрившая предложение А.Ф. Можайского. В результате изобретателю были отпущены деньги (3 тыс. руб.), и он начал работать над созданием самолета. В состав комиссии входил Д.И. Менделеев, Н.П. Петров (автор теории трения), генерал-лейтенант Зверев и другие специалисты. Была создана Программа работ над моделями летательных аппаратов, которая предусматривала:

- исследование воздушных винтов;

- размеров и форм крыла и рулевых поверхностей;

- определение удельной нагрузки на крыло;

- решение вопроса устойчивости и управляемости, в частности поперечного управления (элероны);

- определение прочностных параметров самолёта.

Данная Программа на многие годы опередила своё время, последующие исследователи подошли к решению поставленных в ней задач через десятилетия. В частности исследование поперечной управляемости проводилось Фарманом только в 1908 году.

В результате новых проведенных исследований А.Ф. Можайский в начале 1878 г. пришел к выводу, что можно использовать сопротивление воздуха для создания подъемной силы. По этому поводу он писал: «...для возможности парения в воздухе существует некоторое отношение между тяжестью, скоростью и величиной площади или плоскости, и, несомненно, то, что чем больше скорость движения, тем большую тяжесть может нести та же площадь». Эта формулировка одного из важнейших законов аэродинамики -- о значении скорости для создания подъемной силы -- была дана А.Ф. Можайским за 11 лет до опубликования подобных работ Г. Марея и О. Лилиенталя, которые пришли к тому же выводу только в 1889 г.

4. Первый в мире самолёт

В марте 1879 г. был поставлен вопрос о постройке самолета в натуральную величину. Изобретатель подготовил объяснительную записку, лично разработал чертежи самолета и смету необходимых расходов. Заявку на изобретение самолета с описанием аппарата и чертежи Можайский направил в Департамент торговли и мануфактур, а 15 ноября 1881 г. ему была выдана "привилегия" (патент) на "воздухоплавательный снаряд".

По проекту самолет должен был состоять из лодки (фюзеляжа), в которой предполагалось разместить экипаж, приборное оборудование, силовую установку из двух паровых двигателей и четырехколесное шасси. На самолете были предусмотрены тросовое управление, штурвал, емкости для горючего и некоторые приборы, в том числе и оптический прицел.

В конструкции первого самолета была применена монопланная схема, которая имеет наибольшее распространение и в современном самолетостроении.

Основные параметры самолёта и результаты расчётов и продувок ЦАГИ:

размах крыла 23,2 м.;

площадь крыла 329 кв. м.;

удлинение крыла 1,64;

площадь горизонтального оперения 41,4 кв. м.;

длина самолёта 25 м.

высота самолёта 7,5 м;

колея шасси 3 м.;

база шасси 9,4 м.;

диаметр воздушных винтов 4,75 м.;

частота вращения винтов 160 об./мин.;

КПД винта 0,55;

мощность двигателей 22,36 кВт;

масса двигателей с котлом, конденсатором и сепаратором 167,1 кг.; удельная масса двигателей с котлом, конденсатором и сепаратором 7,47 кг/кВт.;

взлётная масса самолёта 1266 кг.;

нагрузка на крыло 3,85 кг/кв. м.;

энерговооружённость 0,0177кВт/кг.;

аэродинамическое качество вдали от земли 4,05, вблизи земли 4,6;

центр масс самолёта расположен на расстоянии, равном 38,6% САХ.

6 июля 1882 г. построенный самолет был осмотрен специальной комиссией Штаба войск гвардии и Петербургского военного округа. В протоколе комиссии от 22 февраля 1883 г. было записано, что масса самолета должна составлять 57 пудов. Испытания проводились под Петербургом, на военном поле в Красном селе, и продолжались до 1885 г., закончившись аварией.

Однозначного, документально подтверждённого ответа смог ли оторваться от земли первый построенный самолёт - нет. Но по результатам расчётов и продувок в ЦАГИ, восстановленной модели, можно сделать вывод, что с первоначально установленные паровые машины не могли обеспечить равномерный горизонтальный полёт из-за малой мощности (30 л.с.).

Однако известно, что в 1885 г. были заказаны более мощные паровые машины на Обуховском заводе (60л.с.), но установить их на самолёт не удалось. И их мощности было бы достаточно для поддержания горизонтального полёта (по результатам расчётов и продувок модели в ЦАГИ).

Ещё не следует забывать и о погодных условиях, порыв встречного ветра мог значительно увеличить скоростной напор и создать условия при которых массивный аппарат с малой нагрузкой на крыло мог оторваться от земли и пролететь несколько десятков метров, даже с силовой установкой мощностью 30 л.с.

Заключение

Об этом периоде сохранилось мало сведений. Между тем архивные документы и высказывания современников Можайского с полной убедительностью доказывают, что путь его научного исследования от начала до конца был правильным, глубоко продуманным и закончился постройкой первого в мире самолета и первыми в мире лётными испытаниями, что явилось огромным шагом вперёд в развитии авиации. Но постройка самолёта это практический результат, при достижении которого была проделана теоретическая работа, наметившая пути решения основных проблем при создании летательных аппаратов тяжелее воздуха. И предложенная Можайским схема самолёта является наиболее распространённой до сегодняшнего дня. К сожалению, многие работы Можайского были засекречены правительством, и многие последующие авиаторы были вынуждены проходить его путём вслепую, повторять те же ошибки и совершать свои.

Список материалов

1. Виктор Владимирович Гончаренко. «Как люди научились летать». «Веселка», 1986.

2. Л.И. Карпова. «История авиации и космонавтики». МГТУ ГА 2005.

3. http://.wikipedia.ru.

4. www.navy.ru.

5. http://www.popmech.ru.

Размещено на Allbest.ru