پرواز آیرودینامیک بدون استفاده از موتور 12 حرف. هواپیماها

ویژگی اصلی طبقه بندی هواپیماها روش پرواز است. دو روش اصلی برای پرواز با وسایل نقلیه سنگین تر از هوا وجود دارد: آیرودینامیک و بالستیک.

آیرودینامیکروش کار به این صورت است که هواپیما با کمک یک نیروی آیرودینامیکی و به اصطلاح نیروی بالابر که از تعامل بدنه با جریان هوا ناشی می شود، در هوا نگه داشته می شود. شرط تشکیل نیروی آیرودینامیکی حرکت نسبی هوا و بدن است.

هواپیماهایی که از اصل آیرودینامیکی پرواز استفاده می کنند شامل هواپیماها، موشک های کروز و هلیکوپترها هستند.

وسیله ای که نیروی آیرودینامیکی لازم برای پرواز را در هواپیماهای بالدار ایجاد می کند بال است و در هلیکوپتر روتور اصلی است. از آنجایی که بال بدون حرکت به بدنه هواپیما متصل است، برای ایجاد نیروی آیرودینامیکی، به کل هواپیما توسط یک موتور حرکت انتقالی داده می شود.

در هلیکوپتر، نقش بال را روتوری که توسط موتور هدایت می شود، بازی می کند. در این حالت نیروی آیرودینامیکی بدون حرکت انتقالی کل هلیکوپتر ایجاد می شود.

بالستیکروش پرواز، پرواز یک جسم آزادانه است که عمدتاً تحت تأثیر نیروی گرانش رخ می دهد. چنین پروازی فقط با استفاده از انرژی جنبشی انباشته شده قبلی انجام می شود.

یک کلاس متوسط ​​از هواپیماها - هواپیماهای موشکی وجود دارد که برای آنها از هر دو اصل پرواز - آیرودینامیک و بالستیک استفاده می شود.

اصل آیرودینامیکی پرواز فقط در جو انجام می شود که ویژگی ها و وضعیت آن ماهیت حرکت هواپیما را تعیین می کند. بنابراین آشنایی با آیرودینامیک هواپیما باید با مطالعه خواص جو آغاز شود.

جو زمین

جو پوشش گازی اطراف کره زمین نامیده می شود. گازی که این پوسته را تشکیل می دهد هوا نامیده می شود.

ارتفاع پوسته گازی زمین زیاد و بیش از آن است 2000 کیلومتر. در فضای محیطی تا ارتفاع 20 کیلومترنزدیک واقع شده است 95% کل جرم هوای اتمسفر جو تقسیم شده است تروپوسفر , استراتوسفر ویون کره (شکل 1.1).

شکل 1.1. ساختار جو

تروپوسفر لایه زیرین جو نامیده می شود. ضخامت آن بالای قطب ها 7 - 8 کیلومتر، بالای خط استوا 16 - 18 کیلومتر. دمای هوا در تروپوسفر با افزایش ارتفاع کاهش می یابد (6.5 درجه برای هر 1000 متر) (شکل 1.2).تغییرات دما منجر به حرکت توده های هوا می شود. در نتیجه ابرها شکل می گیرند، بارندگی می بارد و باد می وزد.

ترکیب هوا در تروپوسفر تقریبا ثابت است. آن شامل 78% نیتروژن،21% اکسیژن و در مورد1% گازهای دیگر (آرگون، دی اکسید کربن، هیدروژن، نئون، هلیوم).تقریباً تمام بخار آب در تروپوسفر متمرکز شده است. وجود بخار آب و گرد و غبار باعث دید ضعیف می شود.

شکل 1.2. تغییر دمای هوا بر اساس ارتفاع

استراتوسفر - لایه ای از هوا که مستقیماً بالای لایه های هوای تروپوسفر قرار دارد. غیبت کامل ابرها، وزش وجود دارد بادهای قوی.. در استراتوسفر تا ارتفاع 25...30 کیلومتردما ثابت است و است -56 درجه سانتی گراد. از بالا30 کیلومتر تا 55 کیلومتردمای هوا افزایش می یابد به +75 درجه سانتی گراد. در اوج 82...83 کیلومتردمای هوا است - 35 درجه سانتی گراد(شکل 1.2).

یون کره - لایه ای از هوا که مستقیماً بالای لایه هوای استراتوسفر قرار دارد. ارتفاعات یونوسفر از 85 قبل از 500 کیلومتر. به دلیل وجود تعداد زیادی یون (مولکول های باردار و اتم های گازهای اتمسفر) در یونوسفر، هوا بسیار گرم می شود. نورهای قطبی و طوفان های مغناطیسی در یونوسفر مشاهده می شوند.

انسان مدتها قبل از ایجاد اولین هواپیما فرصت مشاهده و مطالعه "دستگاههای" پرواز آزاد را داشت - او همیشه نمونه ای از یک پرنده در حال پرواز را در مقابل چشمان خود داشت. در افسانه های هر ملتی می توانید یک قهرمان افسانه ای را پیدا کنید که قادر به حرکت در هوا باشد و این روش ها بسیار متنوع هستند.

ایده های مربوط به مکانیسم پرواز پرندگان به همان اندازه متنوع بود. حتی گفته شده است که بلند شدن بال ناشی از بارهای الکتریکی است که هنگام باز کردن بال های پرنده روی پرها ایجاد می شود.

با این حال، پرواز در یک دستگاه سنگین تر از هوا کاملاً اخیراً (با استانداردهای تاریخ بشر) و بیش از صد سال پس از اولین پرواز با بالون (بالون) توسط برادران مونتگولفیر امکان پذیر شد.

گلایدرها یا هواپیماهای غیر موتوری

مشاهدات پرندگان در حال پرواز منجر به آزمایش هایی با استفاده از افزایش جریان هوا و ایجاد آن شد گلایدرها. با این حال، یک عیب جدی گلایدر به عنوان یک وسیله نقلیه این است که قادر به بلند شدن به تنهایی نیست.

در سال 1891، اتو لیلینتال یک گلایدر از شاخه های بید که با پارچه پوشانده شده بود ساخت. در طول دوره 1891 تا 1896، تا 2000 پرواز انجام داد. در 9 آگوست 1896، اتو لیلینتال درگذشت. نسخه ای از دستگاه او را می توان در موزه N. E. Zhukovsky در مسکو در خیابان مشاهده کرد. رادیو

گلایدر در دهه 1930 رایج بود. اکثر طراحان معروف هواپیما با پروژه های گلایدر شروع کردند، به عنوان مثال O.K. Antonov، S.P. Korolev، A.S. Yakovlev. استفاده از مواد مدرن و اشکال آیرودینامیکی باعث شده است که در شرایط بالارفتن پایدار، به عنوان مثال در مناطق کوهستانی، گلایدرها قادر به انجام پروازهای چند ساعته و حتی چند روزه باشند.

طرح‌های آیرودینامیکی گلایدرها مبنایی برای وسایل نقلیه سنگین‌تر از هوا شد که با نیروی عضلانی انسان هدایت می‌شوند - "هواپیماهای عضلانی" و همچنین سایر وسایل نقلیه کم سرعت.

نوادگان گلایدرها "هنگ گلایدر" و "پاراگلایدر" هستند. پاراگلایدر امروزه بسیار محبوب است.

مدل های کوچکتر پاراگلایدر به عنوان تجهیزات ورزشی برای یدک کشی اسکی بازان کوهستانی و آبی استفاده می شود. شما می توانید چنین وسیله ای را خودتان حتی در خانه بسازید.

تلاش برای ایجاد هواپیمای قادر به برخاستن مستقل، فرود در یک نقطه معین و برخاستن مجدد از آنجا نه تنها به دلیل عدم آگاهی، بلکه به دلیل نبود موتور مناسب نیز با شکست مواجه شد. به همان اندازه درست است که ظاهر یک موتور جدید، سبک تر و قوی تر یا بر اساس یک اصل طراحی متفاوت است نیروی پیشران، منجر به یک پیشرفت انقلابی در توسعه هوانوردی می شود.

مبانی نظری برای پرواز وسایل نقلیه سنگین تر از هوا توسط N. E. Zhukovsky در آغاز قرن بیستم ایجاد شد. داده های تجربی لازم در قرن 19 توسط A. F. Mozhaisky، O. Lilienthal و دیگران به دست آمد.

بیایید سعی کنیم بیشترین پاسخ را بدهیم سوال اصلی: چرا هواپیماها با وجود نیروی گرانشی که بر روی آنها وارد می شود، روی زمین نمی افتند؟

ما خود را به یک طرح ساده محدود می کنیم که در آن هوا تقریباً یک سیال تراکم ناپذیر در نظر گرفته می شود. سپس برای جریان هوای افقی که در اطراف هواپیما جریان دارد، درست خواهد بود معادله برنولی:

ρν 2 /2 + پ = پایان, (1)

جایی که ρ - تراکم هوا، پ- فشار، و ν - سرعت جریان هوا در اطراف هواپیما

از فرمول (1) چنین بر می آید که هر چه سرعت هوا بیشتر باشد، فشار آن کمتر است و برعکس، هر چه سرعت هوا کمتر باشد، فشار بیشتر می شود.

بال هواپیما، اگر از پهلو به آن نگاه کنید، ظاهری دارد که در شکل 1 نشان داده شده است. 1.

قسمت بالایی بال "محدب"تر از قسمت پایینی است. به همین دلیل، هوایی که در اطراف قسمت های بالایی و پایینی بال جریان دارد، در همان زمان، در بالای بال سریعتر از زیر بال حرکت می کند: زمان یکسان است، و مسیر از بالا طولانی تر از مسیر از بال است. زیر

بنابراین، فشار هوا بر روی بال از بالا، طبق معادله برنولی، کمتر از فشار از پایین است. به دلیل تفاوت در این فشارها، یک نیروی بالابر ایجاد می شود که نیروی گرانش در پرواز را متعادل می کند.

یکی دیگر از "اثر بالابرنده" به این دلیل رخ می دهد که بال در یک زاویه α مشخص نسبت به جهت جریان هوای ورودی قرار دارد که به آن می گویند. زاویه حمله(شکل 2).

با توجه به این، نیروی فشار بر روی بال از جریان هوای ورودی (نیروی آردر شکل 2) در یک زاویه معین نسبت به افق هدایت می شود. جزء عمودی این نیرو ( Y، برنج. 2) "سهم" خود را در تشکیل نیروی بالابر بال می کند.

و جزء افقی ( ایکس، برنج. 2) - این به اصطلاح است نیروی کشش، که با نیروی رانش هواپیما که توسط موتورها ایجاد می شود "غلبه می شود".

واضح است که نیروی پسا نه تنها بر روی بال، بلکه بر روی بدنه هواپیما نیز تأثیر می گذارد.

هنگامی که هوا در اطراف بال جریان دارد، جهت حرکت هوا از مسیر اصلی منحرف می شود. به نظر می رسد هوا تحت عمل بال "می چرخد". N. E. Zhukovsky نشان داد که مشخصات بال را می توان با یک گرداب معادل یا یک سیلندر چرخان جایگزین کرد. جهت چرخش گرداب (سیلندر) به گونه ای است که نیمه پایینی به سمت جریان حرکت می کند و نیمه بالایی به سمت پایین دست حرکت می کند. این اثر "اثر مگنوس" نامیده می شود. کسانی که مایلند می توانند یک روتور هوا بسازند (یا "wingrotor"؛ "vingrotor" ترجمه شده از انگلیسی به معنای "بال چرخان" است.) مار "Rotoplane" و شخصاً وجود یک قیاس را تأیید کنید (شکل 3).

علاوه بر این، از چنین قیاسی نتیجه می شود که هر بال باعث ایجاد گردابی می شود که از انتهای بال جاری می شود. انرژی گرداب در فضا پراکنده می شود. به عنوان مثال، اگر یک هواپیما از میان ابرها عبور کند، می توان گرداب را تشخیص داد.

انواع دیگری از "مارهای مگنوس" و دستورالعمل های ساخت آنها را می توان یافت.

مرکز فشار (سی دی، برنج. 2) به نقطه اعمال نیروهای فشار هوای حاصل که در کل سطح بال توزیع می شود گفته می شود. به عبارت دیگر، تمام نیروهایی که هوا بر هواپیما وارد می‌کند، از نظر تئوری می‌تواند با یک نیروی وارد شده به هواپیما در نقطه‌ای به نام مرکز فشار جایگزین شود. در عین حال، ماهیت حرکت هواپیما در نتیجه چنین جایگزینی تغییر نخواهد کرد.

مرکز کردنموقعیت نسبی مرکز ثقل و مرکز فشار نامیده می شود. معمولاً از "مرکز جلو" استفاده می شود، یعنی سعی می کنند مرکز ثقل را در مقابل مرکز فشار قرار دهند (شکل 4 و 5). اما گاهی اوقات مرکز ثقل در پشت مرکز فشار قرار می گیرد (شکل 6 و 7). این طرح "اردک" نامیده می شود.

برای پایداری پرواز، لازم است که با چرخش جزئی بدنه هواپیما در صفحه عمودی، یک لحظه "بازگشت" نیرو ایجاد شود که هواپیما را به موقعیت اولیه خود بازگرداند و چنین "خود تنظیمی" باید انجام شود. به طور خودکار، بدون مشارکت خلبان.

این مشکل با دم هواپیما که به آن می گویند حل می شود تثبیت کنندههنگامی که دم هواپیما کمی به سمت بالا یا پایین منحرف می شود، نیروی اضافی در تثبیت کننده ایجاد می شود و هواپیما را به حالت اولیه خود تبدیل می کند.

این هواپیما دارای شش درجه آزادی است: سه حرکت (بالا به پایین، راست به چپ، جلو به عقب) و سه حرکت چرخشی ( خوب- در صفحه افقی، گام صدا- در صفحه عمودی، بانک- در صفحه ای عمود بر محور هواپیما).

با توسعه هوانوردی، هم نقشه هواپیما و هم مکانیسم های کنترل هواپیما تغییر کردند. بیایید مهمترین آنها را نام ببریم.

آیلرون - سطوح روی لبه انتهایی بال که می توانند با زاویه کمی نسبت به سطح بال منحرف شوند. از آنها برای انجام چرخش در صفحه عمود بر محور هواپیما استفاده می شود.

آسانسورها - سطوح روی لبه انتهایی تثبیت کننده ها، همچنین قابلیت کج شدن در یک زاویه کوچک، برای انجام چرخش در صفحه عمودی استفاده می شود.

سکان - سطح روی لبه عقب باله هواپیما که برای انجام چرخش در صفحه افقی استفاده می شود.

انواع زیر از بال های هواپیما (هندسه بال) شناخته شده است: "مستقیم"، "جارو"، "مثلثی" و "یکپارچه".

بال راست - معمولی برای اولین هواپیما، و همچنین هواپیماهای مدرن که با سرعت کمتر از 700 کیلومتر در ساعت پرواز می کنند. برای هواپیماهای با سرعت کمتر از 160 کیلومتر در ساعت، بالهای مستقیم جفتی، به اصطلاح "دوبال" و گاهی اوقات سه بال مستقیم که یکی بالای دیگری قرار دارند، به اصطلاح "سه هواپیما" قرار دارند. استفاده می شد و هنوز هم استفاده می شود. .

بال جاروب شده - زمانی ظاهر شد که سرعت پرواز به مقادیر 800-900 کیلومتر در ساعت نزدیک شد. بال‌های جارو شده شبیه نوک فلش هستند، یعنی بال‌ها با بدنه هواپیما شکل می‌گیرند. گوشه های تیز. هواپیماهای مدرنی که با سرعت‌های بالا پرواز می‌کنند، مانند Tu-160، با بال‌های جابجایی متغیر طراحی شده‌اند که به آن‌ها اجازه می‌دهد در پرواز با بال‌های تا شده به سرعت بالا برسند و با بال‌های مستقیم، سرعت‌های پایینی برای برخاست و فرود داشته باشند.

بال دلتا - در حال حاضر یک طرح به ندرت استفاده می شود که در هواپیماهایی با سرعت پرواز حدود 2000 کیلومتر در ساعت استفاده می شود. بال های مثلثی شکل مثلثی دارند.

در دستگاه های مدرن از آن استفاده می شود بال "یکپارچه".، زمانی که بدنه هواپیما بخشی از ایرفویل است و بالابر را نیز ایجاد می کند.

هنگامی که آنها شروع به طبقه بندی اشیا یا پدیده ها می کنند، به دنبال اصلی ترین و رایج ترین ویژگی ها و ویژگی هایی می گردند که به عنوان شاهدی بر رابطه آنها عمل می کند. در کنار این، آنها همچنین ویژگی هایی را مطالعه می کنند که آنها را به شدت از یکدیگر متمایز می کند.

اگر ما با پیروی از این اصل، شروع به طبقه بندی هواپیماهای مدرن کنیم، اول از همه این سوال مطرح می شود: چه علائم یا ویژگی هایی از هواپیما مهم ترین در نظر گرفته می شود؟

شاید بتوان آنها را بر اساس موادی که دستگاه ها از آنها ساخته شده است طبقه بندی کرد؟ بله، ممکن است، اما خیلی واضح نخواهد بود. پس از همه، همان چیز را می توان از مواد مختلف ساخته شده است. آلومینیوم، فولاد، چوب، بوم، لاستیک، پلاستیک، تونل یا غیره در ساخت هواپیما، هلیکوپتر، کشتی هوایی و بالن استفاده می شود.

آیا می توان مبنای طبقه بندی هواپیماها را انتخاب کرد: این وسیله برای اولین بار چه زمانی و توسط چه کسی ساخته شد؟ می توان از نظر تاریخی طبقه بندی کرد - این یک سؤال مهم است ، اما پس از آن دستگاه هایی که از بسیاری جهات متفاوت هستند ، در همان زمان و در یک کشور پیشنهاد شده اند ، تحت یک عنوان قرار می گیرند.

بدیهی است که این ویژگی ها نباید برای طبقه بندی مهمترین آنها در نظر گرفته شود.

با توجه به اینکه هواپیماها برای حرکت در هوا طراحی شده اند، معمولاً به دو دسته تقسیم می شوند دستگاه های سبک تر از هواو دستگاه های سنگین تر از هوا. بنابراین، مبنای طبقه بندی هواپیماها وزن آنها نسبت به هوا است.

می بینیم که وسایل سبک تر از هوا در نظر گرفته شده است کشتی های هوایی، بالون های هوای گرم و بالن های استراتوسفری. آنها به دلیل پر شدن از گازهای سبک بالا می آیند و در هوا باقی می مانند. وسایل نقلیه سنگین تر از هوا شامل هواپیما، گلایدر، موشک و روتورکرافت است.

هواپیماها و گلایدرها توسط بالابر تولید شده توسط بالها در هوا پشتیبانی می شوند. موشک ها توسط نیروی رانش ایجاد شده توسط محرک موشک و روتورکرافت توسط نیروی بالابر روتور اصلی در هوا نگه داشته می شوند. دستگاه‌هایی (هنوز در پروژه‌ها) وجود دارند که موقعیت میانی بین هواپیماها و وسایل نقلیه بال چرخشی، هواپیماها و موشک‌ها را اشغال می‌کنند. اینها به اصطلاح هواپیماهای کانورتیبل یا طرح های تبدیل شونده هستند که باید با خودشان ترکیب شوند خواص مثبتهر دوی آنها و ترکیبی از سرعت های عظیم پرواز با قابلیت شناور شدن در هوا، توانایی برخاستن بدون دویدن و فرود بدون دویدن.

هلیکوپتر مانند جایروپلن یک هواپیمای بال چرخشی است. تفاوت آنها در این است که روتور اصلی جایروپلن به موتور متصل نیست و می تواند آزادانه بچرخد.

روتور اصلی یک هلیکوپتر (یا چند روتور اصلی)، بر خلاف روتور اصلی یک ژیروپلن، توسط موتور در هنگام برخاستن، پرواز و فرود به حرکت در می‌آید و هم برای ایجاد بالابر و هم نیروی رانش عمل می‌کند. نیروی آیرودینامیکی ایجاد شده توسط روتور هم برای حفظ هلیکوپتر در هوا و هم برای راندن آن به سمت جلو استفاده می شود.علاوه بر این روتور اصلی عنصر کنترل هلیکوپتر نیز می باشد.

اگر در هواپیما نیروی رانش توسط پروانه یا موتور جت ایجاد می شود، بالابر توسط بال ها ایجاد می شود و کنترل ها سکان ها و ایلرون ها هستند، در هلیکوپتر همه این وظایف توسط روتور اصلی انجام می شود. از اینجا مشخص می شود که روتور اصلی در هلیکوپتر چقدر اهمیت دارد.

هلیکوپترها از نظر تعداد روتورها، محل قرارگیری آنها و روش چرخش رانندگی با یکدیگر تفاوت دارند. مطابق با این ویژگی ها، هلیکوپترهای به تصویر کشیده شده تقسیم می شوند.

مردم قرن هاست که با ایده هواگیری وسواس زیادی داشته اند. تقریباً در اسطوره های همه ملت ها افسانه هایی در مورد حیوانات پرنده و افراد با بال وجود دارد. اولین ماشین های پرنده شناخته شده بال هایی شبیه بال های پرندگان بودند. با آنها، مردم از برج ها می پریدند یا سعی می کردند با سقوط از صخره اوج بگیرند. و اگرچه چنین تلاش هایی معمولاً به طرز غم انگیزی به پایان می رسید، اما مردم طرح های هواپیمای پیچیده تری را ارائه کردند. ما در بررسی امروز خود در مورد هواپیماهای نمادین صحبت خواهیم کرد.

1. هلیکوپتر بامبو

یکی از قدیمی‌ترین ماشین‌های پرنده جهان، هلیکوپتر بامبو (همچنین به نام سنجاقک بامبو یا سنجاقک چینی نیز شناخته می‌شود) اسباب‌بازی است که وقتی محور اصلی آن به سرعت می‌چرخد، به سمت بالا پرواز می‌کند. هلیکوپتر بامبو که در حدود 400 سال قبل از میلاد در چین اختراع شد، شامل تیغه های پر بود که به انتهای چوب بامبو متصل می شد.

2. چراغ قوه پرواز

فانوس پرنده بالون کوچکی است که از کاغذ و یک قاب چوبی با سوراخی در زیر آن ساخته شده است که زیر آن آتش کوچکی روشن می شود. اعتقاد بر این است که چینی ها در اوایل قرن سوم قبل از میلاد فانوس های پرنده را آزمایش کردند، اما به طور سنتی، اختراع آنها به حکیم و ژنرال ژوگه لیانگ (181-234 پس از میلاد) نسبت داده می شود.

3. بادکنک

بالون هوای گرم اولین فناوری موفق برای پرواز انسان بر روی یک سازه نگهدارنده است. اولین پرواز سرنشین دار توسط Pilatre de Rosier و Marquis d'Arlandes در سال 1783 در پاریس در یک بالون هوای گرم (متصل شده) توسط برادران Montgolfier انجام شد.بالون های هوای گرم مدرن می توانند هزاران کیلومتر پرواز کنند (طولانی ترین بالون هوای گرم). پرواز از ژاپن به شمال کانادا 7672 کیلومتر است.

4. بالون خورشیدی

از نظر فنی، این نوع بالون با گرم کردن هوای داخل آن با استفاده از تابش خورشید پرواز می کند. به عنوان یک قاعده، چنین بادکنک هایی از مواد سیاه یا تیره ساخته می شوند. اگرچه آنها عمدتاً در بازار اسباب‌بازی استفاده می‌شوند، برخی از بالن‌های خورشیدی به اندازه‌ای بزرگ هستند که فرد را به هوا ببرند.

5. پرنده پرنده

پرنده ای که از پرواز پرندگان، خفاش ها و حشرات الهام گرفته شده است، هواپیمایی است که با بال زدن پرواز می کند. بیشتر پرنده های پرنده بدون سرنشین هستند، اما تعداد کمی از پرنده های سرنشین دار نیز ساخته شده اند. یکی از اولین مفاهیم برای چنین ماشین پرنده ای توسط لئوناردو داوینچی در قرن 15 توسعه یافت. در سال 1894، اتو لیلینتال، پیشگام هوانوردی آلمانی، اولین پرواز سرنشین دار در تاریخ را با یک پرنده کوپتر انجام داد.

6. چتر نجات

چتر نجات که از پارچه سبک وزن و بادوام (شبیه نایلون) ساخته شده است، وسیله ای است که برای کند کردن حرکت جسم در جو استفاده می شود. شرح قدیمی ترین چتر نجات در یک دست نوشته ناشناس ایتالیایی یافت شد که به سال 1470 برمی گردد. امروزه از چتر نجات برای رهاسازی محموله های مختلف از جمله افراد، غذا، تجهیزات، کپسول های فضایی و حتی بمب استفاده می شود.

7. بادبادک

بادبادک که در اصل با کشش ابریشم بر روی یک قاب از بامبو تقسیم شده ساخته شده بود، در قرن پنجم قبل از میلاد در چین اختراع شد. با گذشت زمان، بسیاری از فرهنگ های دیگر این دستگاه را پذیرفتند و برخی از آنها حتی به بهبود بیشتر این ماشین پرنده ساده ادامه دادند. به عنوان مثال، اعتقاد بر این است که بادبادک هایی که قادر به حمل انسان بودند در چین و ژاپن باستان وجود داشته است.

8. کشتی هوایی

کشتی هوایی اولین هواپیمایی بود که قادر به برخاستن و فرود کنترل شده بود. در ابتدا کشتی‌های هوایی از هیدروژن استفاده می‌کردند، اما به دلیل قدرت انفجاری بالای این گاز، اکثر کشتی‌های هوایی که پس از دهه 1960 ساخته شدند، شروع به استفاده از هلیوم کردند. کشتی هوایی همچنین ممکن است با موتورها کار کند و شامل خدمه و/یا محموله در یک یا چند "غلاف" معلق در زیر یک سیلندر گاز باشد.

9. گلایدر

گلایدر هواپیمای سنگین‌تر از هوا است که در هنگام پرواز توسط واکنش دینامیکی هوا بر روی سطوح بالابر آن پشتیبانی می‌شود. مستقل از موتور است. بنابراین، اکثر گلایدرها موتور ندارند، اگرچه برخی از پاراگلایدرها می توانند به آنها مجهز شوند تا در صورت لزوم پرواز خود را طولانی کنند.

10. هواپیمای دوباله

هواپیمای دوباله هواپیمای با دو بال ثابت است که یکی بالای دیگری قرار دارند. هواپیماهای دوباله چندین مزیت نسبت به طرح‌های بال معمولی (مونو هواپیما) دارند: آن‌ها اجازه می‌دهند تا سطح بال بیشتری داشته باشند و با دهانه بال کوچک‌تر بلند شوند. هواپیمای دوباله برادران رایت اولین هواپیمایی بود که در سال 1903 با موفقیت پرواز کرد.

11. هلیکوپتر

هلیکوپتر یک هواپیمای بال چرخشی است که می تواند به صورت عمودی برخاسته و فرود آید، شناور شود و در هر جهتی پرواز کند. در طول قرن های گذشته مفاهیم زیادی شبیه به هلیکوپترهای مدرن وجود داشته است، اما تا سال 1936 اولین هلیکوپتر کار، Focke-Wulf Fw 61 ساخته نشد.

12. آئروسیکلت

در دهه 1950 هلیکوپترهای لاکنر یک هواپیمای غیرمعمول ابداع کردند. HZ-1 Aerocycle قرار بود توسط خلبانان بی تجربه به عنوان وسیله نقلیه شناسایی استاندارد برای ارتش ایالات متحده استفاده شود. اگرچه آزمایش های اولیه نشان داد که این وسیله نقلیه می تواند تحرک کافی را در میدان نبرد ایجاد کند، ارزیابی های گسترده تر نشان داد که کنترل آن برای پیاده نظام آموزش ندیده بسیار دشوار است. در نتیجه، پس از چند تصادف، پروژه متوقف شد.

13. کیتون

کایتون ترکیبی از بادبادک و بالون هوای گرم است. مزیت اصلی آن این است که بادبادک می تواند بدون توجه به قدرت باد در موقعیت نسبتاً پایدار بالای نقطه لنگر طناب باقی بماند، در حالی که بادکنک ها و بادبادک های معمولی پایداری کمتری دارند.

14. گلایدر آویزان

هنگ گلایدر هواپیمای غیر موتوری و سنگین تر از هوا است که فاقد دم است. گلایدرهای آویز مدرن از آلیاژ آلومینیوم یا مواد کامپوزیت ساخته شده اند و بال آن از بوم مصنوعی ساخته شده است. این دستگاه‌ها نسبت بالابری بالایی دارند که به خلبانان اجازه می‌دهد تا چندین ساعت در ارتفاع هزاران متری از سطح دریا در جریان هوای گرم پرواز کنند و مانورهای هوازی انجام دهند.

15. کشتی هوایی هیبریدی

کشتی هوایی هیبریدی هواپیمایی است که ویژگی های یک وسیله نقلیه سبک تر از هوا (یعنی فناوری کشتی هوایی) را با فناوری یک وسیله نقلیه سنگین تر از هوا (با بال ثابت یا روتور) ترکیب می کند. بر تولید انبوهچنین طرحی ارائه نشد، اما چندین نمونه اولیه سرنشین دار و بدون سرنشین پدیدار شد، از جمله لاکهید مارتین P-791، یک کشتی هوایی هیبریدی آزمایشی که توسط لاکهید مارتین توسعه یافته بود.

16. هواپیما

هواپیمای مسافربری جت که به عنوان هواپیمای جت نیز شناخته می شود، نوعی هواپیما است که برای حمل و نقل مسافران و محموله ها از طریق هوا طراحی شده است که توسط موتورهای جت به پیش می رود. این موتورها به هواپیما اجازه می دهد تا به سرعت های بالا برسد و نیروی رانش کافی برای به حرکت درآوردن یک هواپیمای بزرگ ایجاد کند. در حال حاضر ایرباس A380 بزرگترین هواپیمای مسافربری جت مسافربری با ظرفیت 853 نفر است.

17. هواپیمای موشکی

هواپیمای موشکی هواپیمایی است که استفاده می کند موتور موشک. هواپیماهای راکتی می توانند به سرعت بسیار بالاتری نسبت به هواپیماهای جت با اندازه مشابه برسند. به عنوان یک قاعده، موتور آنها بیش از چند دقیقه کار نمی کند و پس از آن هواپیما سر می خورد. این هواپیمای راکتی برای پرواز در ارتفاعات بسیار بالا مناسب است و همچنین قابلیت شتاب بسیار بیشتری را دارد و طول پرواز کوتاه تری دارد.

18. هواپیمای دریایی شناور

این هواپیما نوعی هواپیمای بال ثابت است که می تواند از آب بلند شود و روی آب فرود آید. شناوری یک هواپیمای دریایی توسط پانتون ها یا شناورهایی تامین می شود که به جای ارابه فرود در زیر بدنه نصب می شوند. هواپیماهای شناور قبل از جنگ جهانی دوم به طور گسترده مورد استفاده قرار می گرفتند، اما سپس با هلیکوپترها و هواپیماهایی که از ناوهای هواپیمابر کار می کردند جایگزین شدند.

19. قایق پرنده

نوع دیگری از هواپیمای دریایی، قایق پرنده، یک هواپیمای بال ثابت با بدنه ای است که به آن اجازه می دهد روی آب فرود آید. تفاوت آن با هواپیمای شناور در این است که از بدنه ای با طراحی ویژه استفاده می کند که می تواند شناور شود. قایق های پرنده در نیمه اول قرن بیستم بسیار رایج بودند. مانند هواپیماهای شناور، متعاقباً پس از جنگ جهانی دوم حذف شدند.

هواپیمای باری که با نام‌های دیگری نیز شناخته می‌شود (مانند هواپیمای باری، باری، هواپیمای حمل‌ونقل یا هواپیمای باری)، هواپیمای باری به هواپیمای بال ثابت گفته می‌شود که برای حمل بار و نه مسافر طراحی یا تبدیل می‌شود. در حال حاضر بزرگترین و باربرترین هواپیمای جهان An-225 است که در سال 1988 ساخته شد.

21. بمب افکن

بمب افکن - هواپیمای جنگی که برای حمله به اهداف زمینی و دریایی با پرتاب بمب، پرتاب اژدر یا پرتاب طراحی شده است. موشک های کروز"هوا به زمین". دو نوع بمب افکن وجود دارد. بمب افکن های استراتژیک در درجه اول برای ماموریت های بمباران دوربرد طراحی شده اند - یعنی حمله به اهداف استراتژیک مانند پایگاه های تدارکاتی، پل ها، کارخانه ها، کارخانه های کشتی سازی و غیره. هدف بمب افکن های تاکتیکی مقابله با فعالیت های نظامی دشمن و پشتیبانی از عملیات تهاجمی است.

22. هواپیمای فضایی

هواپیمای فضایی وسیله ای هوافضایی است که در جو زمین استفاده می شود. آنها می توانند هم فقط از راکت ها و هم از موشک های معمولی کمکی استفاده کنند. موتور جت. امروزه پنج دستگاه مشابه وجود دارد که با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته‌اند: X-15، شاتل فضایی، Buran، SpaceShipOne و Boeing X-37.

23. سفینه فضایی

سفینه فضایی است وسیله نقلیه، برای پرواز در فضا طراحی شده است. فضاپیماها برای اهداف مختلفی از جمله ارتباطات، رصد زمین، هواشناسی، ناوبری، استعمار فضا، اکتشاف سیاره و حمل و نقل افراد و محموله استفاده می شوند.

کپسول فضایی نوع خاصی از فضاپیما است که در اکثر برنامه های فضایی سرنشین دار استفاده شده است. یک کپسول فضایی سرنشین دار باید همه چیز لازم برای زندگی روزمره از جمله هوا، آب و غذا را داشته باشد. کپسول فضایی همچنین از فضانوردان در برابر تشعشعات سرد و کیهانی محافظت می کند.

25. پهپاد

یک پهپاد که رسماً به عنوان یک وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) شناخته می شود، اغلب برای مأموریت هایی استفاده می شود که بسیار "خطرناک" یا به سادگی برای انسان امکان پرواز ندارند. در ابتدا آنها عمدتاً برای اهداف نظامی استفاده می شدند، اما امروزه آنها را به معنای واقعی کلمه در همه جا می توان یافت.

اصل آیرودینامیکی ایجاد بالابر (پرتاب بخشی از هوا) از نظر فنی می تواند از طریق حرکت کل دستگاه، مجهز به سطح بلبرینگ ثابت (بال)، یا به دلیل حرکت تک تک قطعات باربر دستگاه (روتور اصلی، فن و غیره) نسبت به محیط هوا. در هر دو مورد، تشکیل لیفت بر اساس قانون مکانیک بر روی تکانه است (قانون دوم نیوتن، نامگذاری شده از نام ریاضیدان، مکانیک، ستاره شناس و فیزیکدان انگلیسی I. Newton):

m( V 2 – V 1) = Pt,

از این رو، آر = متر(V 2 – V 1) / تی .
طبق قانون سوم نیوتن، بالابر Y روی سطح یاتاقان اعمال می شود و به سمت بالا هدایت می شود (در برابر نیرو پ ، روی هوا اعمال می شود و به سمت پایین هدایت می شود):

= – .

در آینده، هنگام نشان دادن نیروهای ماهیت آیرودینامیکی، از شاخص استفاده خواهیم کرد آ (Y a، X a) .
مکانیسم وقوع بالابر آیرودینامیکی به تفصیل در بخش 5.2 مورد بحث قرار خواهد گرفت. در اینجا بار دیگر تاکید می کنیم که سطح باربر در حال حرکت در هوا، ایجاد بالابر می کند Y a ، برای غلبه بر نیروی کشش اعمال شده بر روی آن کار می کند X a . بنابراین برای ایجاد بالابر باید انرژی صرف شود.
بدیهی است که هزینه انرژی یک هواپیما با استفاده از اصل آیرودینامیکی پرواز کمتر خواهد بود، هر چه نیروی پسا کمتر باشد. X a ، که هنگام ایجاد نیروی بالابر لازم برای پرواز رخ می دهد Y a ، یعنی ارزش بیشتر است کیفیت آیرودینامیک هواپیمایی که با نسبت نیروی بالابر به نیروی کشش تعیین می شود:

K a = Y a / X a.

در زیر نشان داده خواهد شد که کیفیت آیرودینامیکی یک ویژگی یک هواپیما است که عمدتاً توسط پارامترهای هندسی آن تعیین می شود.
در میان هواپیماهایی که اصل آیرودینامیکی پرواز را اجرا می کنند، گسترده ترین آنها هستند گلایدرها (فرانسوی) هواپیما، از جانب رنده- اوج گرفتن)، هواپیماها و هلیکوپترها.

گلایدرنیروگاه ندارد، بنابراین پرواز آن (شکل 4.4) در یک جو آرام تنها با یک نزول ثابت در یک زاویه خاص امکان پذیر است. سبا سرعت سر خوردن به سمت افق V ، که می توان آن را با مجموع برداری نرخ کاهش نشان داد V y و سرعت پرواز افقی Vx . حرکت رو به جلو گلایدر تحت تأثیر جزء رخ می دهد جی sinQگرانش، که نیروی کششی را که همراه با بالابر بال اتفاق می‌افتد، متعادل می‌کند، که مؤلفه را متعادل می‌کند جی cosQجاذبه زمین. بنابراین، در طول پرواز یک گلایدر، انرژی پتانسیلی که گلایدر در اختیار دارد، با استفاده از وینچ زمینی یا به ارتفاع شروع پرواز می رسد. هواپیمای یدک کش . یک گلایدر می تواند با افزایش ارتفاع با استفاده از انرژی، ذخیره انرژی خود را برای پرواز افزایش دهد « حرارتی» - افزایش جریان هوای گرم
با در نظر گرفتن نمودار نیروهای وارد بر گلایدر در هنگام سر خوردن (به شکل 4.4 مراجعه کنید)، می نویسیم:

Y a = جی cosQ; X a = جی sinQ.

از اینجا tgQ = X a / Y a = 1 / K a یعنی یک گلایدر با نسبت بالابر به درگ بالاتر در امتداد مسیر مسطح‌تری می‌لغزد و برد پروازی آن با مساوی بودن سایر موارد بیشتر خواهد بود، بنابراین از ذخیره انرژی اولیه به نحو احسن استفاده می‌کند. برای گلایدرهای مدرن، نسبت بالابر به درگ K a = 40 ¸ 50.

هواپیما به دلیل نیروی رانش ایجاد شده توسط نیروگاه و نیروی بالابر ایجاد شده توسط بال که نسبت به سایر قسمت های هواپیما ساکن است، در جو پرواز می کند.
موتور هواپیما توسط یک ملخ یا با واکنش یک جت گازهای خروجی نیروی رانش ایجاد می کند، در حالی که انرژی شیمیایی سوخت موجود در آن را مصرف می کند. مخازن سوخت، برای انجام کار در برابر نیروهای مقاومت آیرودینامیکی یا مقاومت اصطکاک در طول چرخش هواپیما در طول باند.
وقتی یک هواپیما با سرعت در حال پرواز است V (شکل 4.5) یک نیروی بالابر ایجاد می شود که در مقابل نیروی گرانشی (گرانش) قرار می گیرد. در همان زمان، نیرویی به وجود می آید که در برابر حرکت هواپیما مقاومت می کند که با رانش موتور بر آن غلبه می کند.
بنابراین برای انجام پرواز افقی هواپیما باید شرایط زیر رعایت شود:

G = Y a ; P = X a.

از این رو تراست موتور مورد نیاز برای انجام پرواز افقی است

مصرف R = G X a / Y a = G / K a = mg / K a .

بدیهی است که هزینه های انرژی هواپیماهایی که اصل آیرودینامیکی پرواز را برای غلبه بر نیروی گرانش اجرا می کند، به طور قابل توجهی کمتر از هزینه های هواپیمایی است که اصل پرواز راکت-دینامیکی را اجرا می کند. آرمصرف = میلی گرم ). هواپیماهای مادون صوت مدرن دارای کیفیت آیرودینامیکی هستند K a = 15 ¸ 18، برای هواپیماهای مافوق صوت K a = 8 ¸ 12.
با این حال، هواپیما (در یک پیکربندی سنتی) قادر به برخاستن و فرود عمودی نیست، زیرا بال ثابت تنها زمانی که هواپیما به سمت جلو حرکت می‌کند، بالابر ایجاد می‌کند.
بالگرد ، نام منسوخ - بالگرد (از یونانی مارپیچ (helikos)– مارپیچ، پیچ و پترون- بال)، به دلیل نیروی بالابر و رانش ایجاد شده توسط یک یا چند نفر، پرواز می کند روتورها ، قادر به ایجاد بالابر بدون حرکت رو به جلو هواپیما.
روتور اصلی 1 هلیکوپتر (شکل 4.6a) از چندین هلیکوپتر تشکیل شده است تیغه ها که بالهایی هستند که توسط یک موتور هدایت می شوند. به دلیل چرخش تیغه ها، نیروی بالابر آیرودینامیکی ( رانش پروانه ) که در حالت شناور نیروی گرانش ( = – ) را متعادل می کند.