Мускулолёт: гибрид самолёта и велосипеда
Люди всегда стремились к небу. О полетах мечтали еще во времена античности. Достаточно вспомнить миф о Дедале и Икаре. Свои варианты разнообразных летательных аппаратов предлагал известный изобретатель Леонардо да Винчи, оставивший нам чертежи. Со временем человек построил самолеты, вертолеты, космические корабли. За чудесами прогресса легенда об Икаре потускнела, так и не дав людям настоящего ощущения полета, который зависел бы от человека.
Совершать полеты, опираясь исключительно на силы своего организма сложно, но можно. Для этого люди придумали необычный летательный аппарат — мускулолет. Внешне это устройство больше всего напоминает гибрид из обычного велосипеда и планера. Получается своего рода самолет с педальным движителем. Однако любой человек, используемый в качестве двигателя, довольно слаб. Даже самые тренированные спортсмены-велосипедисты способны лишь на протяжении нескольких минут развивать мощность порядка 1 л.с. Даже у самых примитивных допотопных паровых машин, не говоря уже о современных двигателях внутреннего сгорания, вырабатываемая мощность в десятки раз выше.
Именно по этой причине создание мускулолетов долгие годы оставалось очень сложной задачей, которую удалось успешно решить лишь сравнительно недавно, когда широкое распространение получили легкие сплавы и композитные материалы, которые позволили создавать конструкции обладающие малым весом и высоким запасом прочности. Из-за особенностей физического строения человеческого организма мускулолеты остаются по большей части спортивными снарядами и хобби для любителей воздухоплаванья. Придумать им практическое применение очень сложно. Не случайно еще один из основателей и отцов русской авиации Н. Е. Жуковский говорил, что человек будет летать, опираясь не на силу своей мускулатуры, а на силу своего разума.
Однако полет на реактивном лайнере и мускулолете, как говорят в Одессе, это две большие разницы, в первую очередь по самим ощущениям. Именно поэтому данное направление очень популярно у энтузиастов. К тому же мускулолет развеивает представление о том, что личный летательный аппарат доступен только богачам из числа VIP-персон. Гибрид самолета и велосипеда гораздо демократичнее и дешевле любого личного самолета. При этом столь необычное транспортное средство уже имеет в своей коллекции некоторые рекорды. К примеру, американец Брайен Аллен в 1979 году перелетел на мускулолете Ла-Манш. А грек К. Канелопулос в 1988 году совершил полет по стопам легендарного Дедала, перелетев с острова Крит на материк. Он преодолел по воздуху 115 километров, потратив на перелет по прямой около 4 часов.
Для современных мускулолетов по-прежнему важна хорошая физическая форма, но выдающаяся мускулатура и сила икр и квадрицепсов немного отходит в тень. На современных моделях оторваться от земли (а это самое сложное) и лететь в состоянии любой человек, отличающийся средней мышечной развитостью. Для того чтобы свести трудозатраты пилота к минимуму, мускулолеты собирают только из наиболее легких материалов, таких как карбон, кевлар, углеволоконные трубки.
По этой же причине все мускулолеты — это довольно хрупкие «создания», обычно они весят около 30 кг. При этом данный летательный аппарат обладает большим размахом крыльев — до 35 метров и большим винтом — до 2 метров в диаметре. Такая конструкция довольно сильно подвержена поломкам, большая часть которых случается при разгоне и приземлении аппарата. Зато в небе такой агрегат может парить подобно птице. При отсутствии встречного ветра опытные пилоты в состоянии развить скорость до 45 км/ч, а если ветер дует пилоту в спину, скорость устройства вполне может кратковременно достичь рекордных для него 90 км/ч. Несомненным плюсом таких летательных аппаратов является полное отсутствие топлива, хорошо питаться придется лишь самому пилоту.
История мускулолетов
Первые попытки человека взлететь описаны в мифе о Дедале и Икаре. По сути, именно они и создали первый махолет, создав крылья из воска и птичьих перьев. Взлететь на чем-то подобном, согласно преданиям, пробовал и некий холоп Никита, пытавшийся совершить полет с колокольни Александровской слободы в 16 веке. За эту свою попытку он поплатился жизнью. Решить проблему полета в эпоху Возрождения пытались и в Европе. При этом титаны итальянского Возрождения опирались не на вульгаризированную бионику, а на передовые научные достижения тех лет. Некоторые полезные соображения на этот счет содержались в трудах Леонардо да Винчи. Он развивал данную идею, начиная с 1475 года и до самой своей смерти, посвятив этой теме большое количество чертежей и рисунков.
По этим чертежам Леонардо можно заметить, что он много наблюдал за полетами птиц, он оставил после себя много вариантов разнообразных конструкций летательных аппаратов и орнитоптеров, чем-то похожих на современные вертолеты, только с архимедовым винтом вместо пропеллера как с ножным, так и с ручным приводом, а также с вертикальным положением пилота в аппарате, и геликоптеров, машущих крыльями. Однако реализовать свои задумки в реальных образцах известному итальянскому изобретателю было не суждено.
Только спустя три сотни лет «карманную» модель геликоптера создали французы Лонуа (Launoy) и Бьенвеню (Bienvenu), которые, естественно, ничего не знали о наследии инженера да Винчи. Детище французских изобретателей, которое оснащалось четырехлопастным винтом, легко поднималось в небо за счет раскручивания пружины, изготовленной из китового уса. В будущем прообраз современных вертолетов стали приводить в движение паровыми двигателями и электромоторами, в связи с чем говорить о желании человека парить в небе, полагаясь на мускулатуру своих рук и ног, не приходится.
К идее разработки настоящего мускулолета вернулись только в начале XX века. Интерес к такому необычному летательному аппарату подогрел Робер Пежо, который специализировался на производстве велосипедов в известной автомобильной компании своего дяди. В 1912 году Пежо назначил приз в размере 10 тысяч франков для того, кто сможет пролететь на велосипеде с прикрепленными к нему крыльями всего 10 метров, и 1000 франков тому, кто сможет преодолеть по воздуху хотя бы 1 метр. С его стороны эта акция была неплохим рекламным ходом. В назначенный им час в «Парке принцев» при огромном стечении публики 30 энтузиастов-удальцов с развитой мускулатурой приступили к попыткам совершить полет. Данное состязание продолжалось несколько часов, но добиться успеха не удалось никому, а Пежо не потратил на это ни одного су.
Однако сама идея подняться в воздух только за счет подъемной силы крыльев и скорости разгона без использования толкающего винта снова ожила, и работы в этом направлении продолжились несмотря на кажущуюся бесперспективность. Чудо свершилось в 1921 году, когда конструктор Габриэль Пулен все-таки смог поднять аппарат в воздух, прикрепив к велосипеду, который весил 17 кг, два больших крыла. Он смог разогнать свое устройство до 40 км/ч, после чего мускулолет поднялся в воздух и сумел преодолеть расстояние в 12,3 метра.
А уже в 1935 году в Германии специалистами известной компании Юнкерс (Junkers) был спроектирован прообраз всех современных мускулолетов самолетного типа, который получил обозначение Mufli. Он оснащался тянущим винтом, на который крутящий момент передавался от велосипедных педалей. Однако поскольку в момент разгона аппарата мышечные усилия пилота передавались не колесам, а винту, поднять в воздух такой аппарат не удавалось. В итоге Mufli в воздух «выстреливали», используя для этого катапульту из резиновых канатов. Всего этот мускулолет поднимался в небо боле 100 раз. В 1935 году ему удалось преодолеть по воздуху 235 метров, а в 1937 году его рекорд был доведен до 712 метров.
И хотя немецкая разработка еще не могла совершить автономно классический цикл (взлет, полет и посадка) стало ясно, что со временем будет решена и проблема взлета для такого аппарата. Долгое время фактором, который тормозил развитие мускулолетов, было само время — отсутствие в тот момент легких и достаточно прочных материалов. После окончания Второй мировой войны с появлением современных прочных и легких синтетических полимеров это препятствие было устранено.
Так появилась и машина, которой удалось покорить Ла-Манш — мускулолет Gossamer Albatross Пола Маккриди. Вес этого летательного аппарата составлял всего 30 кг. Все прочие модели, количество которых к тому моменту перевалило уже за 200 единиц, весили как минимум на 5 кг больше. Данный аппарат отличался и уникальным аэродинамическим решением — его «хвостовое» оперение располагалось спереди. В то время как конструкторы большинства предыдущих моделей ориентировались на классическую самолетную схему. Спустя два года спустя после постройки, 12 июня 1979 года, Gossamer Albatross совершил перелет через Ла-Манш, преодолев дистанцию в 37 км.
В целом же все основные модели, производившиеся в ряде стран по всему миру, мало чем отличаются друг от друга, они будто сошли с одного конвейера. Технические параметры устройств лежат в достаточно узком коридоре. Размах их крыльев — 28-34 метра, площадь крыла — 38-44 квадратных метра. Крылья производятся из тончайших материалов, они очень хрупкие, поэтому в момент взлета и посадки помощники пилота придерживают крылья, для того чтобы они не касались земли. Вес таких устройств никогда не превышает 45 кг.
Тянущий (то есть установленный спереди) винт обладает диаметром от 1,5 до 2 метров. Пилот в полете вращает педали с частотой примерно 90 оборотов в минуту. Благодаря цепной передаче данное вращательное усилие передается на винт, частота вращения которого составляет уже 160-180 оборотов в минуту. Потери энергии при передаче составляют не более 5%. При этом скорость полета подобных устройств лежит в диапазоне от 20 до 45 км/ч. А пилот теперь располагается внутри полностью закрытой кабины, что позволяет существенно уменьшить сопротивление воздуха.
Вторая половина XX века стала временем настоящего мускулолетного бума: стали появляться одна за другой дорогостоящие модели, которые обновляли рекорды скорости, дальности и продолжительности полета. В настоящее время многие фонды любителей аэронавтики уже опустошены, непобитым остается лишь рекорд, по которому за час необходимо преодолеть дистанцию в 90 км. Приз за это достижение носит имя инженера Пола Маккриди.
Рекорд же дальности полета на мускулолете был установлен в 1988 году на аппарате под названием Daedalus-88. Он был спроектирован выпускниками и студентами Массачусетского технологического института, а сам рекорд принадлежит греку Канеллосу Канеллопулосу. Он совершил перелет протяженностью 115 километров 110 метров, пролетев по маршруту Дедала — с острова Крит на материк. Полет занял у него 3 часа 54 минуты 59 секунд. Годом ранее американец Глен Треммл на аппарате Light Eagle смог совершить полет по замкнутому кругу длиной 58 километров 660 метров.
В настоящее время мускулолеты большей частью бьются уже не за рекорды, а просто соревнуются между собой. Каждый год на всех материках, за исключением лишь Антарктиды, проходят разнообразные открытые национальные чемпионаты, в которых участвуют десятки летательных аппаратов. Мероприятия эти являются очень зрелищными и обычно привлекают большую аудиторию. Очень популярными они стали в Японии, где каждый год на озере Бива организуются открытые международные соревнования среди таких машин. На сегодняшний день японский рекорд дальности полета составляет 49 км по прямой, а рекорд скорости — 29 км/ч.
Источник
Как устроена система шасси и тормозов пассажирского самолета
Всем привет. В продолжение темы описания авиационных систем «для чайников» (тут и тут), я подготовил новый текст про шасси и колёсные тормоза самолётов.
Параграф добавлен после прочтения комментариев: Прежде чем продолжить, хочу уточнить, что основной моей специализацией является бортовое радиоэлектронное оборудование, а не отдельные системы самолёта. Соответственно «чайникам» я тоже рассказываю «усеченную» картину мира, достаточную для их работы. Мне кажется, что эти материалы могут быть интересны и более широкому кругу читателей. При этом на полноту освещения рассматриваемой темы не претендую. Так что не стреляйте в пианиста, он играет как умеет. 🙂
Система колёс, на которые опирается самолёт при движении по земле, называется шасси. В современных авиалайнерах используется трёхстоечная система шасси с двумя основными стойками, расположенными под крылом позади центра тяжести и одной передней стойкой, расположенной в носу самолёта. Основные стойки шасси оснащаются тормозами, а передняя стойка делается поворотной, чтобы самолет мог маневрировать при движении по земле.
На больших самолетах типа Аirbus 380 или Boeing 747 в дополнение к основным стойкам делают вспомогательные, чтобы распределить значительный вес гигантского самолета. На всех стойках шасси установлены амортизаторы. Принцип действия и назначение которых похожи на автомобильные, но основная задача — смягчить перегрузки на посадке, чтобы нагрузки на узлы самолёта не превышали допустимых. .
1. Поворотная носовая стойка
Кроме распределения веса самолета, носовая стойка поворачивается влево-вправо, чтобы самолет мог маневрировать при движении на земле.
Поворотом носовой стойки можно управлять двумя способами:
- С помощью педалей управления рулём направления,
- С помощью специальной ручки управления разворотом носовой стойки.
Управление поворотом носовой стойки с помощью педалей осуществляется на разбеге при взлёте и пробеге при посадке, когда скорость самолета достаточно велика. Одновременно, с помощью этих же педалей, летчик управляет отклонением руля направления.
Предел отклонения носовой стойки при управлении от педалей специально ограничен, как правило это 10 градусов. Поворачивать на рулёжные дорожки, когда надо отклонять носовую стойку на углы порядка 50-70 градусов, не получится. На малых скоростях для руления используется ручка управления носовой стойкой.
Эта ручка используется только при рулёжке и автоматически отключается при больших скоростях движения.
2. Основные опоры шасси и Колёсные тормоза
Основные опоры шасси представляют собой тележку, на которую навешиваются колеса, оснащённые тормозами.
Тормоза на самолёте похожи на автомобильные, только существенно мощнее, что не удивительно, т.к. им приходится тормозить машину массой 30-600 тонн со скоростей порядка 250 км/ч до нуля на ограниченной по длине взлётно-посадочной полосе (ВПП).
Самолётные тормоза состоят из «бутерброда» тормозных дисков и колодок.
В комментариях уточнили, что статическая часть тормозов в нашем случае тоже называется дисками. В разговоре с профильными специалистами я всегда слышал про «колодки». Возможно это жаргонизм, но на описание системы «для чайников» это влияет мало. В любом случае принцип действия тот же, что и в автомобильных тормозах, а реализация гораздо более мощная.
Колёсные тормоза могут быть задействованы двумя разными способами: «вручную» и автоматически.
«Вручную» пилот тормозит педалями. Может возникнуть вопрос, как пилот умудряется педалями и носовой стойкой управлять и тормозить? Дело в том, что педали самолёта устроены совсем не так, как в автомобиле. Управление по направлению выполняется перемещением педалей вперёд-назад. При этом две педали двигаются синхронно: левая вперёд-правая назад и наоборот. Управление тормозами осуществляется нажатием на педаль. Каждую педаль можно нажимать отдельно, так называемое дифференциальное торможение — это ещё один из способов управления направлением движения по земле. Если левым тормозом пользоваться интенсивнее, чем правым, то и самолёт будет разворачивать влево и наоборот.
Автоматический режим торможения включается сам при наступлении определенного события. Таких событий может быть два:
- Во время посадки: Одновременное касание полосы (срабатывание датчиков обжатия шасси) и нахождение ручек управления двигателями в положении «малый газ»,
- Во время взлёта: Перевод ручек управления двигателем из положения «взлётный режим» в положение «малый газ». Этот режим торможения называется «прерванный взлёт» (Rejected Takeoff, RTO)
Активировать/деактивировать режим автоторможения в самолётах Airbus и SSJ-100 лётчик может с помощью одной из четырёх кнопок под ручкой уборки-выпуска шасси (В Boeing для этого используется переключатель). Три кнопки (LOW, MED, MAX) соответствуют различным интенсивностям торможения при посадке, а четвертая (RTO) активирует режим прерванного взлёта.
С автоторможением при посадке всё очевидно. Давайте рассмотрим режим прерванного взлёта.
Прерванный взлёт — это режим, когда экипаж решает прекратить взлёт по причине существенного отказа. Прервать взлёт можно только до достижения «скорости принятия решения». Скорость принятия решения зависит от длины и состояния поверхности ВПП и рассчитывается исходя из возможности затормозить, не выкатившись за пределы ВПП. Если в процессе набора скорости неисправность происходит после достижения скорости принятия решения, экипаж продолжит взлёт, что бы не случилось. Если до — будет тормозить.
Перед каждым взлётом экипаж обязан активировать автоторможение. Скорость начала и интенсивность торможения при прерванном взлёте напрямую влияет на то, выкатится ли самолёт за пределы полосы или нет. Активированное автоторможение гарантирует, что торможение начнётся немедленно после вывода двигателей из взлётного режима.
Если прерывать взлёт приходится при максимальной взлётной массе и на предельной скорости, то несмотря на то, что кроме колёсных тормозов экипаж задействует реверс и воздушные тормоза, энергия, которую должны поглотить тормоза, разогревает их так, что они начинают светиться не хуже лампочки. После полной остановки самолёта работа тормозов не заканчивается. Они должны выдержать ещё не менее 90 секунд, прежде чем подожгут стойки шасси. По нормативам, что за 90 секунд к самолёту подоспеет пожарная команда, которая всегда дежурит в аэропортах (и успевает!).
Спасибо комментариям — напомнили об одной очень важной функции тормозов авиалайнера: антиблокировочной системе (АБС). Основное отличие АБС самолёта от таковой автомобиля заключается в последствиях блокировки колёс: если у автомобиля блокировка приводит к снижению управляемости и увеличению тормозного пути, то заблокированные колёса самолёта при посадке просто взрываются от трения об асфальт. А без покрышек основных стоек торможение не будет ни эффективным ни безопасным. Так что АБС на самолёте неотключаемая и довольно критическая функция.
3. Уборка — выпуск шасси
Кроме тормозов и управления носовой стойкой с шасси связана ещё одна важная функция — уборка/выпуск шасси. Управление уборкой-выпуском шасси в нормальном режиме осуществляется с помощью соответствующей ручки на приборной панели.
Вверх — убрать, вниз — выпустить. Кстати, можно не бояться случайно «сложить» стойки шасси, когда самолёт стоит на земле — в современных авиалайнерах предусмотрена блокировка от таких действий, когда шасси «обжаты» — амортизаторы находятся в сжатом состоянии под действием веса ЛА .
Для улучшения аэродинамических свойств ЛА ниши, в которых размещаются убранные шасси, закрываются створками, поэтому процедура нормальной уборки шасси выглядит примерно так:
- Вычислитель снимает замки закрытого положения створок и подаёт команду на открытие створки
- Створки полностью открыты и зафиксированы в открытом положении. Соответствующие датчики сообщают об этом вычислителю
- Вычислитель открывает замки выпущенного положения стоек шасси и начинает их уборку.
- Стойки полностью убраны и зафиксированы в закрытом положении. Соответствующие датчики сообщают об этом вычислителю
- Вычислитель открывает замки открытого положения створок и начинает их закрывать
- Створки полностью закрыты и зафиксированы в закрытом положении. Вычислитель фиксирует признак окончания уборки шасси
Весь процесс занимает 20-40 секунд. Если в процессе что-то идёт не так, то система прерывает процесс, т.к. есть вероятность что-то сломать. Нормальный выпуск шасси происходит в обратном порядке.
На случай неисправностей в системе уборки-выпуска предусмотрен особый порядок выпуска шасси — аварийный выпуск. Аварийный выпуск активируется кнопкой аварийного выпуска, расположенной под колпачком рядом с ручкой уборки-выпуска шасси. При аварийном выпуске средствами, не зависящими от вычислителя системы уборки-выпуска шасси, снимаются замки убранного положения стоек шасси и створок. Шасси вываливается под собственным весом. Массы каждой из стоек достаточно чтобы выломать створку, даже если та не откроется сама. На замки нижнего положения стойки также встают под действием собственного веса.
4. Датчики обжатия стоек шасси
Информация об обжатии стоек шасси, которые я упоминал выше, это очень нужная многим системам информация. Пожалуй, стоит перечислить кое-какие функции, зависящие от этого сигнала:
При появлении сигнала обжатия шасси:
- При посадке: система управления, если активирован автовыпуск воздушных тормозов, выпускает воздушные тормоза. Воздушные тормоза портят картину обтекания крыла, подъёмная сила резко снижается, появляется вес на стойках и колёсные тормоза могут начать работать эффективно
- При посадке: включается система автоматического торможения колёс (см. выше)
- Снимается блокировка включения реверса двигателя
- Выключается часть излучающих радиоприборов (чтобы не облучать наземный персонал)
- После остановки самолёта появляются сообщения системы технического обслуживания, которые не влияют на действия пилота в полёте
- Система регулирования давления выравнивает давление внутри и снаружи самолёта
- Отключается блокировка систем технического обслуживания, в частности появляется возможность обновить ПО бортовых вычислителей
При снятии сигнала обжатия шасси:
- Снимается блокировка уборки шасси
- Кратковременно активируются тормоза для того, чтобы затормозить колёса, вращающиеся по инерции после отрыва самолета от земли
- Блокируется возможность включения реверса двигателя
- Блокируется часть сообщений системы оповещения экипажа, которая не требует реакции лётчика непосредственно в полёте (Если быть точным, то блокировка начинается с момента перевода ручек управления двигателями в положение «взлёт», но именно датчик обжатия шасси является непосредственным индикатором того, что самолёт находится в воздухе)
Параграф добавлен после прочтения комментариев: Датчики обжатия стоек шасси как правило выполняются многоканальными и располагаются на каждой из стоек. Данные с многочисленных датчиков собираются специальными устройствами, концентраторами данных. На основании полученных данных формируются сигналы об обжатии каждой из стоек и сигнал обжатия всех стоек. В логике работы описанных выше функций используются разные сигналы: для начала автоторможения достаточно сигналов обжатия двух основных стоек, а для включения режима тех. обслуживания надо чтобы были обжаты все три стойки. Но это уже другая история.
Бонус
Пока я готовил этот текст, решил для себя разобраться, почему на некоторых самолётах, например Boeing 757 тележка основных стоек шасси в полете наклонена так, что передние колёса находятся выше задних:
А на Boeing 767 наоборот, передние колеса ниже задних:
Как выяснилось всё дело в том, как спроектирована ниша, куда убираются стойки шасси, спасибо видео:
И, что самое любопытное, в военно-транспортном C5 Galaxy основные стойки шасси выпускаются в положении поперёк движения самолёта и только потом разворачиваются на 90 градусов в нужное положение.
Источник
