Қанатты ұшу аппараттарының тарихы мен түрлері

Ұшақтар: Қатты қанатты ұшақыштар – ауыррақ ауадағы ұшу аппараты. Аэродинамикалық көтеру күші, түрлері, және қолданылуы туралы біліңіз.

20 мин оқу

100%

Дереккөз: Fixed-wing aircraft — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Аэродинамикалық көтерме күші арқасында ұшатын, ауадан ауыр ұшақтар.

Тік қанатты ұшақ – аэродинамикалық көтерме күші арқасында ұшуға қабілетті, ауадан ауыр ұшу машинасы, мысалы, ұшақ. Тік қанатты ұшақтар айналмалы қанатты ұшақтардан (оларда айналатын білікке орнатылған ротор көтерме күшін жасайды) және орнитоптерлерден (оларда қанаттар жылдам қозғалып көтерме күшін жасайды) ерекшеленеді. Тік қанатты ұшақтың қанаттары міндетті түрде қатаң болуы керек емес; желкендер, аспалы планерлер, өзгермелі қанатты ұшақтар және қанат пішінін өзгерте алатын ұшақтардың барлығы тік қанатты ұшақтарға жатады. Әртүрлі түрдегі ұшақтар мен байланған желкендер жылжымалы ауа ағынынан пайдаланып биіктікке көтеріле алады. Қозғалтқышпен жабдықталған тік қанатты ұшақтар (ұшақтар), қозғалтқыштан алға жылға беру күшін алады, оларға қозғалтқышты парапланерлер, қозғалтқышты аспалы планерлер және кейбір жер бетіне жақын әсер ететін көлік құралдары жатады. Көптеген тік қанатты ұшақтарды пилот басқарады, бірақ кейбіреулері ұшқышсыз және қашықтан немесе дербес түрде (борттағы компьютерлерді пайдалану арқылы) басқарылатын етіп жасалған.

Ертедегі шаян

Қанаттар Қытайда шамамен 2800 жыл бұрын қолданыла бастады, онда қанат жасауға қолайлы материалдар жеңіл қол жетімді болды. Кейбір авторлар қазіргі Сулавеси аралындағы Мұна аралындағы үңгір суреттеріне сүйене отырып, жапырақтан жасалған қанаттар одан да ертерек пайда болғанын айтады. Біздің эраның 549 жылы қағаз қанаттар қолданылғаны мәлім, өйткені сол жылы құтқару миссиясы үшін қағаз қанат хабарлама жеткізуге пайдаланылды. Ежелгі және орта ғасырлық қытай деректері қанаттардың қашықтықты өлшеу, желді сынау, адамдарды көтеру, сигнал беру және әскери операцияларда байланыс үшін қолданылғанын көрсетеді. Бастапқыда олар тек қызығушылық тудырса, 18 және 19 ғасырларда ғылыми зерттеулер үшін құрал ретінде қолданыла бастады. Бұл құрылғы ұшу үшін тоқтатылған болуы мүмкін. Глайдерлерді жасауға жасалған алғашқы талпырыс 11 ғасыр монахы Эйлмер Малмсбериге тиесілі, бірақ ол сәтсіз аяқталды. 17 ғасырға қатысты мәліметтерде 9 ғасыр ақыны Аббас ибн Фирнас осыған ұқсас тәжірибе жасағаны айтылады, бірақ осы оқиғаны растайтын бұрынғы дереккөздер жоқ. 1799 жылы сэр Джордж Кейли қазіргі заманғы ұшақтың тұжырымдамасын – көтергіш, жылдамдық және басқару жүйелері бөлек болатын тұрақты қанатты ұшу машинасы ретінде ұсынды. Кейли 1803 жылдан бастап тұрақты қанатты ұшақтардың модельдерін жасап, сынақтан өткізді, ал 1853 жылы жолаушыларды тасымалдайтын глайдерді сәтті құрастырды. 1856 жылы француз Жан Мари Ле Брис өзінің "L'Albatros artificiel" глайдерін атпен жағажайда сүйреп, алғашқы қозғалтқышты ұшуды жасады. 1884 жылы америкалық Джон Дж. Монтгомери 1883 және 1886 жылдар аралығында жасалған глайдерлер сериясының аясында глайдерде басқарылатын ұшулар жасады. Сол кездегі басқа да авиаторлар: Отто Лилиенталь, Перси Пилчер және Октав Шануттың шәкірттері. 1890 жылдары Лоренс Харгрейв қанат конструкцияларын зерттеді және адамның салмағын көтере алатын қорапша қанатты жасады. Оның қорапша қанатты конструкциялары кеңінен қолданылды. Ол сонымен қатар айналмалы ұшақ қозғалтқышының түрін жасағанмен, қозғалтқышты тұрақты қанатты ұшақты жасаған жоқ және оны ұшырған жоқ.

Kites were used approximately 2,800 years ago in China, where materials ideal for kite building were readily available. Some authors hold that leaf kites were being flown much earlier in what is now Sulawesi, based on their interpretation of cave paintings on Muna Island off Sulawesi. By at least 549 AD paper kites were being flown, as it was recorded in that year a paper kite was used as a message for a rescue mission. Ancient and medieval Chinese sources list other uses of kites for measuring distances, testing the wind, lifting men, signaling, and communication for military operations. Although they were initially regarded as mere curiosities, by the 18th and 19th centuries kites were being used as vehicles for scientific research. This machine may have been suspended for its flight. One of the earliest purported attempts with gliders was by the 11th century monk Eilmer of Malmesbury, which failed. A 17th century account states that the 9th century poet Abbas Ibn Firnas made a similar attempt, though no earlier sources record this event. In 1799, Sir George Cayley set forth the concept of the modern airplane as a fixed wing flying machine with separate systems for lift, propulsion, and control. Cayley was building and flying models of fixed wing aircraft as early as 1803, and he built a successful passenger carrying glider in 1853. In 1856, Frenchman Jean Marie Le Bris made the first powered flight, by having his glider "L'Albatros artificiel" pulled by a horse on a beach. In 1884, the American John J. Montgomery made controlled flights in a glider as a part of a series of gliders built between 1883 and 1886. Other aviators who made similar flights at that time were Otto Lilienthal, Percy Pilcher, and protégés of Octave Chanute. In the 1890s, Lawrence Hargrave conducted research on wing structures and developed a box kite that lifted the weight of a man. His box kite designs were widely adopted. Although he also developed a type of rotary aircraft engine, he did not create and fly a powered fixed wing aircraft.

Қозғалтқышпен ұшу

Сэр Хирам Максим 3,5 тонна салмақты, 34 метр қанат кеңдігі бар, екі 360 ат күші бар бу машинасымен жұмыс істейтін және екі пернелі қозғалтатын аппарат жасады. 1894 жылы оның машинасы жоғарыдан теміржолмен сынақтан өтті, оның көтерілуіне жол бермеу үшін. Сынақтар оның ұшуға жеткілікті көтерілу күші бар екенін көрсетті. Аппарат басқарылмайтын болды, Максим мұны түсінгендіктен, кейіннен осымен жұмысты тоқтатты. 1903 жылы Райт ағайындыларының Flyer I ұшағымен жасаған ұшуларын Fédération Aéronautique Internationale (FAI) ұйымы, авиация саласындағы стандарттарды белгілейтін және рекордтарды тіркеуші ұйым, «әуеден ауыр, тұрақты және басқарылатын алғашқы ұшу» деп мойындады. 1905 жылы Wright Flyer III ұшағы толық басқарылатын, тұрақты ұшуға қабілетті болды. 1906 жылы бразилиялық өнертапқыш Альберто Сантос Дюмонт 14 bis ұшағымен 22 секундтан кем уақытта ұшып, Aéro Club de France ұйымы мойындаған алғашқы әлемдік рекордты орнатты. Ұшу FAI ұйымымен сертификатталды. 1908 жылғы Bleriot VIII – қазіргі заманғы моноплан трактор конфигурациясына ие болған ертедегі ұшақ конструкциясы. Оның жылжымалы құйрық беттері иілу және көлбеуді басқаратын, ал қанаттарды бүгу немесе элерон арқылы иілуді қамтамасыз ететін және ұшқыш джойстик пен рульдік таяқша арқылы басқаратын. Бұл 1909 жылғы жазда Англия арнасын кесіп өткен Bleriot XI ұшағының маңызды алдағы үлгісі болды.

Бірінші дүниежүзілік соғыс

Бірінші дүниежүзілік соғыс ұшақтарды қару ретінде пайдалануға арналған сынақ алаңы болды. Ұшақтар жылдам бақылау платформасы ретіндегі мүмкіндіктерін көрсетті, содан кейін жауға зиян келтіре алатын соғыс машиналарын екенін дәлелдеді. 1915 жылы неміс әуе күштерінің лейтенанты Курт Винтгенс синхронды пулеметі бар ұшақта алғашқы әуе жеңісін оді. Ұшқыш-ұстаздар пайда болды; ең ірісі (әуедегі жеңістер саны бойынша) Манфред фон Рихтгофен болды. Бірінші дүниежүзілік соғыстан кейін ұшақ технологиясы дамуын жалғастырды. Алкок пен Браун 1919 жылы алғаш рет Атлант мұхитын тоқтаусыз кесіп өтті. 1919 жылы АҚШ пен Канада арасында алғашқы коммерциялық рейстер орындалды.

"Алтын ғасырдағы" соғыстар аралығындағы авиация

Авиацияның алтын ғасыры екі дүниежүзілік соғыс аралығында болды. Осы кезеңде бұрынғы жетістіктер жаңаша түсіндіріліп, дамытылды – мысалы, 1915 жылы Хьюго Юнкерстің толығымен металлдан жасалған ұшақ корпусын жасауы 1930 жылдардың басында 60 метрден астам қанат көлімі бар алып көп қозғалтқышты ұшақтарға әкелді. Сонымен қатар, қуатты V12 сұйық салқындатылатын авиациялық қозғалтқыштармен қатар, көбінесе ауамен салқындатылатын радиалды қозғалтқыш практикалық ұшақ қуат станциясы ретінде қолданылды, ал ұзақ қашықтыққа ұшуға жасалған тырысулар көбейді – 1919 жылы Vickers Vimy жасаған ұшудан кейін, бірнеше айдан соң АҚШ Әскери-теңіз күштерінің NC-4 атты трансатлантикалық рейсі одан да әсерлі болды. Бұл 1927 жылдың мамырында Чарльз Линдбергтің Spirit of St. Louis ұшағымен жасаған жеке трансатлантикалық рейсімен жереленіп, одан да ұзақ қашықтыққа ұшуға жасалған тырысуларды ынталандырып, болашақта ұзақ қашықтыққа ұшуды кең таралған құбылысқа айналдырды.

Екінші дүниежүзілік соғыс

Ұшақтар Екінші дүниежүзілік соғыстың барлық маңызды шайқастарында көзге түсті. Олар сол кездегі әскери стратегияның қажетті бөлігі болды, мысалы, неміс блицкригі немесе Тынық мұхитындағы американдық және жапондық әскери-теңіз күштерінің ұшақ тасымалдаушыларының операциялары. Әскери планерлер бірнеше операцияларда жасалып, пайдаланылды, бірақ жоғары қаза тапқандар саны жиі кездесетін болғандықтан, олар кеңінен қолданылмады. 1942 жылғы Focke Achgelis Fa 330 Bachstelze (Wagtail) роторлық желкені неміс теңізшілері қолданған. Соғысқа дейін және соғыс кезінде британдық және неміс конструкторлары ұшақтарды қуаттандыру үшін реактивті қозғалтқыштарды жасап шығарды. 1939 жылы алғашқы реактивті ұшақ – неміс Heinkel He 178 көкке көтерілді. 1943 жылы алғашқы жедел реактивті истребитель, Messerschmitt Me 262, Германияның Люфтваффесіне қабылданып, соғыстың соңында британдық Gloster Meteor қызметке түсті, бірақ ешқандай әрекетке қатыспады. Сол дәуірдегі ұшақтардың ең жоғары жылдамдығы 1944 жылғы шілде айының басында неміс Me 163B V18 зымырандық истребитель прототипімен тіркелді.

Соғыстан кейінгі

1947 жылдың қазан айында Bell X 1 ұшағы алғаш рет дыбыс жылдамдығын арттырды. 1948–1949 жылдары Берлин блокадасы кезінде ұшақтармен көліктер тасымалданды. Суық соғыс кезінде B 52 сияқты жаңа ұшақ түрлері өндірілді. 1952 жылы алғашқы реактивті лайнер – de Havilland Comet, ал 1956 жылы советтік Туполев Ту 104 ұшағы пайда болды. Боинг 707 – 1958 жылдан 2010 жылға дейін 50 жылдан астам коммерциялық қызметте болған, кең таралған алғашқы коммерциялық реактивті ұшақ. Боинг 747 1970 жылдан бастап 2005 жылы Airbus A380 ұшағы оны басып өткенге дейін әлемдегі ең ірі жолаушылар ұшағы болды. Ең сәтті ұшақ – Дуглас DC 3, 1936 жылдан бері пайдалануда және парашютпен секіру және басқа да ойын-сауық рейстері үшін шамалы көлемде қолданылып келе жатқан орташа екі қозғалтқышты жолаушылар ұшағы. Мыңдаған басқа да түрлерінің кейбіреулері, мысалы, Вьетнам соғысы кезеңіндегі AC 47 қарулы ұшағы, бүгінге дейін кейбір әскерлерде қолданылуда.

Ұшақ/ұшақ

Ұшақ (немесе әуе кемесі, жай ғана ұшақ) – реактивті қозғалтқыш немесе винт арқылы итеру күшімен алға жылға берілетін, қозғалтқышы бар тұрақты қанатты ұшақ. Ұшақтар түрлі өлшемдерде, пішіндерде және қанат конструкцияларында болады. Ұшақтарды қолдану саласы өте кең: ойын-сауық, тауарлар мен адамдарды тасымалдау, әскери мақсаттар және ғылыми зерттеулер.

Су ұшағы

Гидросамолет – су бетінде ұшып-қонуға қабілетті, тұрақты қанатты ұшақ. Құрлықтан да ұша алатын гидросамолеттер – амфибиялық ұшақтар деп аталатын кіші топқа жатады. Бұл ұшақтар кейде гидроұшақтар деп те аталады. Гидросамолеттер мен амфибиялық ұшақтар технологиялық ерекшеліктеріне қарай әдетте екі санатқа бөлінеді: поплавокты ұшақтар және ұшатын қайықтар. Поплавокты ұшақ құрлықтағы ұшаққа ұқсас конструкцияға ие, оның фюзеляжы құрлықтағы ұшақ нұсқасымен салыстырғанда көбінесе өзгертілмейді, бірақ шассидің астындағы дөңгелектер поплавоктармен ауыстырылады, бұл ұшақты құрлық емес, судан жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Ұшатын қайық – су өткізбейтін корпусы бар гидросамолет, ол фюзеляжының төменгі (құрсақ) бөлігін құрап, су бетінде тікелей тұрады. Ол поплавокты ұшақтан өзгешелігі, оған сүзгі үшін қосымша поплавоктар қажет емес, бірақ су бетінде тұрақтандыру үшін қанат астындағы кішкентай поплавоктары немесе фюзеляжға орнатылған спонсондары болуы мүмкін. Ірі гидросамолеттер көбінесе ұшатын қайықтар болып табылады, ал көптеген классикалық амфибиялық ұшақтар өздерінің фюзеляжы/корпусы үшін ұшатын қайық дизайнының бірнеше түрлерін қолданады.

Қозғалтқышты желкендер

Көптеген планер түрлерін (төменде қараңыз) кішкентай қозғалтқышпен жабдықтау арқылы өзгертуге болады. Оларға мыналар жатады:
Моторлы планер – ұшу кезінде өнімділікті арттыру үшін қолданылатын қосалқы қозғалтқышы бар дәстүрлі планер немесе желкенді ұшақ. Қозғалтқышты аспалы планер – қозғалтқышпен жабдықталған аспалы планер. Қозғалтқышты парашют – астында құрылғысы, орындығы және қозғалтқышы бар парашют түрі. Қозғалтқышты парапланер немесе парамотор – пилоттың артына ілінген қозғалтқышы бар парапланер.

Жер әсері бар көлік

Жер әсері көлігі (GEV) – жер бетіне жақын ұшу деңгейіне жететін және қанаттары мен жер беті арасындағы аэродинамикалық өзара әрекеттесу арқылы жер әсерін пайдаланатын көлік құралы. Кейбір GEV қажет болған жағдайда жер әсерінен тыс (OGE) биікке көтеріле алады, мұндайлары қозғалтқышты тұрақты қанатты ұшақтарға жатады.

Айналалық

Планер – ауадан ауыр, ұшу кезінде ауаның көтергіш беттеріне тигізетін динамикалық әсері арқасында ұшып, қозғалтқышқа тәуелсіз еркін ұша алатын ұшақ. Желкенді ұшақ – ауа ағынында биіктікке көтерілуге және ұзақ уақыт ұшуға қабілетті, тұрақты қанатты планер. Планерлер көбінесе демалыс үшін қолданылады, бірақ аэродинамикалық зерттеулер, соғыс және ғарыш кемелерін құтқару сияқты басқа да мақсаттарда пайдаланылады. Моторлы планерлер ұшуға көтерілу үшін немесе ұшу кезінде мүмкіндіктерін арттыру үшін шектеулі күш қозғалтқыш жүйесімен жабдықталған. Ұшақтар сияқты, планерлер де қанат құрылымы, аэродинамикалық тиімділігі, ұшқыштың орналасуы және басқару органдары бойынша әртүрлі болады. Ең танымал түрі – қағаз ұшақ. Ірі планерлер көбінесе буксирлеуші ұшақ немесе лебёдка арқылы ұшырылады. Әскери планерлер соғыс кезінде әскер мен жабдықтарды жеткізу үшін, ал арнайы планерлер атмосфералық және аэродинамикалық зерттеулерде қолданылды. Ракеталық ұшақтар мен ғарыш аппараттары да планер сияқты қозғалтқышсыз қону мүмкіндігіне ие. Желкенді ұшақтар мен планерлердің аэродинамикалық тиімділігі жоғары. Көтеру күші мен қарсылық арақатынасы ең жоғарысы 70:1, бірақ 50:1 жиі кездеседі. Ұшырылғаннан кейін атмосферадағы көтеріліп бара жатқан ауаны тиімді пайдалану арқылы қосымша энергия алынады. Орташа жылдамдығы сағатына 200 км астам болатын мыңдаған шақырымға ұшуға қол жеткізілді. Планердің шағын үлгісі – қағаз ұшақ. Қағаздың қарапайым парағын аэродинамикалық пішінге оңай бүктеуге болады, оның бетінің ауданына шаққандағы төмен салмағы көтеру күшін жасайды, дұрыс лақтырылса, ол біршама қашықтыққа ұша алады. Планерлер мен желкенді ұшақтар көптеген конструкциялық элементтер мен аэродинамикалық принциптерді қозғалтқышты ұшақтармен бөліседі. Мысалы, Horten H. IV – құйрығы жоқ, қанатты планер болды, ал дельта қанатты Space Shuttle орбиталық аппараты төмен түскен кезде планер сияқты ұшты. Көптеген планерлер де қозғалтқышты ұшақтардағы сияқты басқару беттерін және аспаптарды пайдаланады.

A glider is a heavier than air craft that is supported in flight by the dynamic reaction of the air against its lifting surfaces, and whose free flight does not depend on an engine. A sailplane is a fixed wing glider designed for soaring – the ability to gain height in updrafts of air and to fly for long periods. Gliders are mainly used for recreation but have also been used for other purposes such as aerodynamics research, warfare and spacecraft recovery. Motor gliders are equipped with a limited propulsion system for takeoff, or to extend performance during flight. As is the case with planes, there are a wide variety of glider types differing in the construction of their wings, aerodynamic efficiency, location of the pilot, and controls. Perhaps the most familiar type is the toy paper plane. Large gliders are most commonly launched by a tow plane or by a winch. Military gliders have been used in combat to deliver troops and equipment, and specialized gliders have been used in atmospheric and aerodynamic research. Rocket powered aircraft and spaceplanes have also made unpowered landings similar to a glider. Gliders and sailplanes that are used for the sport of gliding have high aerodynamic efficiency. The highest lift to drag ratio is 70:1, though 50:1 is more common. After launch, further energy is obtained through the skillful exploitation of rising air in the atmosphere. Flights of thousands of kilometers at average speeds over 200 km/h have been achieved. A small scale example of a glider is the paper airplane. An ordinary sheet of paper can be folded into an aerodynamic shape fairly easily; its low mass relative to its surface area creates lift, allowing it to glide some distance if thrown properly. Gliders and sailplanes share many design elements and aerodynamic principles with powered aircraft. For example, the Horten H. IV was a tailless flying wing glider, and the delta winged Space Shuttle orbiter flew much like a glider during its descent phase. Many gliders also use similar control surfaces and instruments as powered craft.

Планерлердің түрлері

Қазіргі заманғы жолсерпе ұшақтарының басты қолданысы спорт және демалыс салаларында.

Жағалау

1920 жылдары демалыс мақсатында планерлер жасала бастады. Ұшқыштар көтерілетін ауа ағымын қалай пайдалану керектігін түсінген кезде, жоғары көтергіштік/сүйреу коэффициентіне ие желкенді планерлер құрылды. Бұл оларға келесі "көтерілім" көзіне ұзаққа дейін сырғанауға және осылайша ұзақ қашықтықтарға ұшу мүмкіндігін арттыруға мүмкіндік берді. Осыдан кейін желкенді спорт кең таралды. Алғашқы планерлер негізінен ағаш және металдан жасалған, бірақ қазіргі желкенді планерлердің көпшілігі шыны, көміртек немесе арамид талшықтарын қамтитын композиттік материалдарды пайдаланады. Бұл типтердегі планерлерде ауа кедергісін азайту үшін аэродинамикалық корпус және жоғары қанат еніне ие ұзын, тар қанаттар болады. Бір және екі орындық планерлер бар. Алғашқыда оқу, минималды құралдары бар және кабинасы жоқ қарапайым планерлерде қысқа "секірістер" арқылы жүргізілді. Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін оқу әрқашан екі орындық, екі басқару пульті бар планерлерде жүргізіледі, бірақ ұзақ ұшудың жүктемесі мен ләззатын бөлісу үшін жоғары өнімді екі орындық планерлер де қолданылады. Бастапқыда қону үшін шаналар қолданылды, бірақ қазіргі планерлердің көпшілігі дөңгелектерде қонады, көбінесе қайырылатын дөңгелектерде. Моторлы планерлер деп аталатын кейбір планерлер қозғалтқышсыз ұшуға арналған, бірақ поршеньді, роторлық, реактивті немесе электр қозғалтқыштарын орнатуға болады. Планерлер ФАИ (FAI) бойынша жарыстарға қатысу үшін, негізінен қанат ұзындығы және жапсырмалар бойынша жіктеледі. ФАИ (FAI) ең жоғары салмаққа негізделген ультражеңіл желкенді планерлер класын анықтады, олардың ішінде кейбіреулері "микролифт" планерлері деп, ал кейбіреулері "аэрокреслолар" деп аталады. Олар оңай тасымалданады және кейбір елдерде лицензиясыз ұшуға рұқсат етіледі. Ультражеңіл планерлердің көрсеткіштері аспалы планерлерге ұқсас, бірақ ұшқыш деформацияланатын конструкцияның ішінде тік отырып бекітіле алатындықтан, олар қосымша қауіпсіздік ұсынады. Қону әдетте бір немесе екі дөңгелекте жүргізіледі, бұл оларды аспалы планерлерден ерекшелейді. Бірнеше коммерциялық ультражеңіл планерлер пайда болып, жойылды, бірақ қазіргі дамудың көп бөлігі жеке дизайнерлер мен үй салушылардың еңбегімен жүзеге асырылуда.

Gliders were developed from the 1920s for recreational purposes. As pilots began to understand how to use rising air, sailplane gliders were developed with a high lift to drag ratio. These allowed longer glides to the next source of "lift", and so increase their chances of flying long distances. This gave rise to the popular sport of gliding. Early gliders were mainly built of wood and metal but the majority of sailplanes now use composite materials incorporating glass, carbon or aramid fibers. To minimize drag, these types have a streamlined fuselage and long narrow wings having a high aspect ratio. Both single seat and two seat gliders are available. Initially, training was done by short "hops" in primary gliders which are very basic aircraft with no cockpit and minimal instruments. Since shortly after World War II training has always been done in two seat dual control gliders, but high performance two seaters are also used to share the workload and the enjoyment of long flights. Originally skids were used for landing, but the majority now land on wheels, often retractable. Some gliders, known as motor gliders, are designed for unpowered flight, but can deploy piston, rotary, jet or electric engines. Gliders are classified by the FAI for competitions into glider competition classes mainly on the basis of span and flaps. A class of ultralight sailplanes, including some known as microlift gliders and some known as "airchairs", has been defined by the FAI based on a maximum weight. They are light enough to be transported easily, and can be flown without licensing in some countries. Ultralight gliders have performance similar to hang gliders, but offer some additional crash safety as the pilot can be strapped in an upright seat within a deform able structure. Landing is usually on one or two wheels which distinguishes these craft from hang gliders. Several commercial ultralight gliders have come and gone, but most current development is done by individual designers and home builders.

Әскери желкенділер

Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде әскери желкеншіктер әскерлерді (елкеншік пехотасын) және ауыр техниканы ұрыс аймақтарына тасымалдау үшін қолданылды. Желкеншіктер әскери көлік ұшақтарымен, мысалы, C-47 Dakota, немесе қосалқы рөлдерге ауыстырылған бомбалаушы ұшақтармен, мысалы, Short Stirling, әуеге тартылып, нысанаға жақын жерге дейін жеткізілді. Нысанаға жақын жерде сүйрегіштен босатылғаннан кейін, олар нысанаға мүмкіндігінше жақын қонуға тырысты. Парашютшілерге қарағанда, олардың артықшылығы ауыр техниканы қондыру мүмкіндігі және әскерлердің шашырап кетпей, жылдам жиналуы болды. Желкеншіктерді бір реттік пайдалануға арналған құрал деп есептегендіктен, олар ағаш сияқты қарапайым және арзан материалдардан жасалды, бірақ кейбіреулері қалпына келтіріліп қайта қолданылды. Корея соғысына дейін көлік ұшақтары үлкеніп, тиімдірек болды, сондықтан тіпті жеңіл танктерді де парашютпен түсіруге мүмкіндік туды, бұл желкеншіктердің қолданылуын азайтты.

Ғылыми желкендер

Қозғалтқышты ұшақтар жасалғаннан кейін де, жолақты ұшақтар авиацияны зерттеу үшін пайдаланыла берді. NASA Paresev Rogallo икемді қанаты бастапқыда ғарыш кемелерін қайтарудың басқаша жолдарын зерттеу үшін әзірленді. Бұл жоба тоқтатылғанымен, жариялым әуесқойларды икемді қанатты профильді қазіргі заманғы жолақты ұшақтарға бейімдеуге ынталандырды. Ұшатын қанаттар және көтеру корпустары сияқты көптеген қанатты аппараттардың алғашқы зерттеулері де қуатсыз үлгілер арқылы жүргізілді.

Аспаптық желкен

Желкенқанат – пилоттың әуе каркасына ілінген арматурада бекітіліп, басқару каркасына қарсы дене салмағын жылдыру арқылы басқаруды жүзеге асыратын ұшақ. Көбінесе қазіргі заманғы желкенқанаттар алюминий қорытпасынан немесе композиттік каркасты матадан жасалған қанаттардан тұрады. Ұшқыштар сағаттап ауада қалықтап, жылу ағындары арқасында мыңдаған метр биіктікке көтеріліп, әуеде акробатикалық трюктар орындай алады және жүздеген шақырым қашықтыққа ұшып бара алады.

Паралидер

Парапланер – жеңіл, еркін ұшатын, қатаң негізгі құрылымы жоқ, аяқпен ұшырылатын жолсергі ұшақ. Ұшқыш, пішіні ілу сызықтарымен, қанаттың алдыңғы бөлігіндегі тежеу саңылауларына кіретін ауа қысымымен және қанаттың сыртынан өтетін ауа ағынының аэродинамикалық күштерімен қалыптасқан, қуыс матадан жасалған қанаттың астындағы арматурада отырады. Парапланеризм көбінесе ойын-сауық ретінде таралған.

Адамсыз желкенді ұшақтар

Қағаз ұшағы – қағаздан немесе қағаз картонынан жасалған ойыншық ұшақ (көбінесе жолғанатын ұшақ). Ұшақ модельдері – полистирол және балса ағашы сияқты жеңіл материалдардан жасалған ұшақ модельдері. Дизайндық шешімдер қарапайым жолғанатын ұшақтардан бастап, кейбіреуі өте үлкен болатын нақты масштабтағы модельдерге дейін жетеді. Желкендеме бомбалар – баллистикалық траектория емес, жолғанатын ұшу жолына мүмкіндік беретін аэродинамикалық беттері бар бомбалар. Бұл, ұшақтың қашықтықтан қорғаныспен қамтылған нысанаға шабуыл жасауына мүмкіндік береді.

Құс

Құйрықша - желдің қанаттарынан өтетіндей етіп, белгілі бір нүктеге байланған ұшар жиһаз. Ауа құйрықша қанатының үстінен ағып өткенде, қанаттың үстінде төмен қысым, ал астында жоғары қысым пайда болып, ауа ағыны төмен қарай бұрылады. Осы бұрылыс жел бағытында көлденең қарсылық күшін де тудырады. Көтерілу және қарсылық күштерінің векторлық қосындысына қанатқа бекітілген бір немесе бірнеше арқанның тартылысы қарсы келеді. Құйрықшалар көбінесе ойын-сауық үшін қолданылады, бірақ олардың тағы да көптеген қолданыс орындары бар. Ұшу саласындағы алғашқы зерттеушілер, мысалы, Райт ағалар мен Дж. У. Данн кейде ұшақты құйрықша ретінде сынап, оны жетілдіріп, ұшу қасиеттерін тексерген, одан кейін қозғалтқыш пен басқару жүйесін қосып, оны ұшақ ретінде ұшырған.

Әскери қолдану

Қанатшалар сигнал беруге, оқ-дәрілерді жеткізуге және бақылауға пайдаланылған, соғыс даласынан жоғары көтеріліп, содан бақылау жасауға, сондай-ақ қанатша арқылы әуе суретін түсіруге мүмкіндік берген.

Ғылым және метеорология

Кемелдер ғылыми мақсаттарда қолданылған, мысалы Бенджамин Франклиннің найзағайдың электр екенін дәлелдеген танымал тәжірибесі. Кемелдер – дәстүрлі ұшақтардың алдасты, және алғашқы ұшу құралдарының дамуына зор үлес қосты. Александр Грэм Белл, Райт ағайындары және Лоренс Харгрейв сияқты адамдар өте үлкен, адамды көтере алатын кемелдермен тәжірибе жасаған. Кемелдер ауа райын болжау үшін атмосфералық жағдайларды өлшеуге арналған ғылыми құралдарды көтеруде маңызды рөл атқарды.

Радио антенналар мен жарық маяктары

Қанаттар радиоантенналарды тасымалдау үшін қолданылуы мүмкін. Бұл әдіс Марконидің алғашқы трансатлантикалық хабар алмасу қабылдау станциясында қолданылған. Мұндай тәжірибелер үшін тұтқынға алынған ауа шарлары ыңғайлырақ болуы мүмкін, себебі қанатқа ілінген антенналарға көп жел керек, ал ауыр жабдықтар мен жер сымымен бұл әрқашан мүмкін болмайды. Қанаттар шамдар немесе батареямен жұмыс істейтін шамдар сияқты жарық эффектілерін тасымалдауға да қолданылуы мүмкін.

Электр энергиясын өндіру

Жүзден астам қатысушы электр энергиясын өндіру мақсатында жоғары биіктіктегі жел ағындарын пайдалану үшін желкендерді қолдану мүмкіндігін зерттейтін тұжырымдық зерттеу және әзірлеу жобаларын жүзеге асырып жатыр.

Мәдениеттік пайдалану

Желкен фестивальдары – бүкіл әлемде кең таралған ойын-сауық түрі. Олар жергілікті шаралар, дәстүрлі мерекелер және ірі халықаралық фестивальдарды қамтиды.

Қанат

Белгілі бір қанатты ұшақтың қанаттары ұшақтың екі жағына қарай созылатын тұрақты жазықтықтар болып табылады. Ұшақ алға қозғалғанда, ауа қанат үстінен ағып өтеді, олар көтерілу күшін жасау үшін арнайы пішінделген.

Қанаттың құрылымы

Желкендер, сондай-ақ кейбір жеңіл ұшақтар мен планерлердегі қанаттар иілгіш болып келеді, олардың беттері каркасқа керіліп, ауа ағынының күшімен қатаңдатылады. Ірі ұшақтардың қанаттары берік болып, қосымша күшті қамтамасыз етеді. Қанат иілгіш немесе берік болсын, олардың пішінін сақтау және қанат бетінен ұшақтың қалған бөлігіне көтеру күшін беру үшін мықты каркасқа ие. Басты құрылымдық элементтер – тамырдан ұшына дейін созылатын бір немесе бірнеше лонжерон және жетек жиегінен (алдыңғы) артқы жиекке (артқы) дейін созылатын көптеген қабырғалар. Алғашқы ұшақ двигательдерінің қуаты аз болғандықтан, жеңіл салмаққа ерекше мән берілді. Сонымен қатар, алғашқы аэродинамикалық профильдер өте жұқа болғандықтан, олардың ішіне мықты каркас орнату мүмкін болмады. Сондықтан 1930 жылға дейін көптеген қанаттар жеткілікті күшке ие болмады және сыртқы тіреу тіректері мен сымдар қосылды. 1920-1930 жылдары двигательдің қуаты артқанда, қанаттарды ауыр әрі берік етуге мүмкіндік туды, соның салдарынан тіреу қажет болмады. Мұндай тіреусіз қанаттар консольді қанаттар деп аталады.

Қанаттың конфигурациясы

Қанаттардың саны мен пішіні түрлі типтерде әртүрлі болады. Белгілі бір қанат жазықтығы толық болуы мүмкін немесе орталық фюзеляжбен сол (порт) және оң (стандарт) қанаттарға бөлінуі мүмкін. Кейде тіпті одан да көп қанаттар қолданылған, үш қанатты триплан Бірінші дүниежүзілік соғыста белгілі бір даңққа ие болды. Төрт қанатты квадруплан және басқа да көп қанатты конструкциялар көп сәттілікке жетпеді. Моноплан, атауындағы «моно» сөзінен туындаған, бір қанат жазықтығын білдіреді, биплан екі қанаттан тұрады, бірі екіншісінің үстінде орналасқан, ал тандем қанаттары бірінің артында бірі орналасқан. 1920-1930 жылдары қозғалтқыш қуаты артқанда және тіреулердің қажеті болмай қалғанда, тіреусіз немесе консольді моноплан қуатты типтердің ең көп таралған түріне айналды. Қанаттың жоспары – жоғарыдан қарағандағы пішіні. Аэродинамикалық тиімділік үшін қанаттың ұзындығы (құлақтан құлаққа дейін) ұзын, ал ені (хордасы) қысқа болуы керек (жоғары арақатынас). Бірақ конструкциялық тиімділік үшін, демек, жеңіл болу үшін қанаттың ұзындығы қысқа, бірақ көтеру күшін қамтамасыз ету үшін жеткілікті ауданы болуы керек (төмен арақатынас). Дыбыс жылдамдығына жақын трансоникалық жылдамдықтарда, қанатты артқа немесе алға қарай бұру соққы толқындарының пайда болуын азайтуға және соқтығысуты төмендетуге көмектеседі. Бұрылған қанат – артқа немесе алға қарай бұрылған тік қанат. Дельта қанаты үшбұрышты пішінде болады және оның қолданылуының бірнеше себебі бар. Икемді Рогалло қанаты аэродинамикалық күштердің әсерінен тұрақты пішінге ие болуға мүмкіндік береді, сондықтан ол көбінесе желкендер мен басқа да жеңіл ұшақтар үшін қолданылады. Үстін жылдамдыққа арналған қанат ретінде ол жоғары беріктікті төмен соқтығысупен үйлестіреді, сондықтан ол жылдам реактивтік ұшақтарда жиі қолданылады. Өзгермелі геометриялы қанат ұшу кезінде пішінін өзгерте алады. Өзгермелі бұрылысты қанат ұшу мен қону үшін тиімді тік конфигурациядан жоғары жылдамдықты ұшу үшін төмен соқтығысты конфигурацияға ауысады. Басқа да өзгермелі жоспарлы формалар сынақтан өткен, бірақ ешқайсысы зерттеу кезеңінен асып өткен жоқ.

Фюзеляж

Фюзеляж – ұзын, жұқа дене, көбінесе оның пішіні аэродинамикалық түрде тегіс болуы үшін ұштары конус тәрізді немесе дөңгелектенеді. Көптеген қанаттары бекітілген ұшақтарда бір фюзеляж болады, оны көбінесе жай ғана "дене" деп атайды. Басқалары екі немесе одан көп фюзеляжға ие болуы мүмкін, немесе фюзеляждың ең артқы бөлігін пайдалану үшін құйрығының екі жағына тіреулер орнатылуы мүмкін. Фюзеляжға ұшу экипажы, жолаушылар, жүк немесе пайдалы жүк, отын және қозғалтқыш(тар) орналасуы мүмкін. Ұшқышсыз ұшақтарда (дрон) әдетте ұшқыш немесе басқа ұшу экипажы немесе жолаушылар болмайды. Планерлерде көбінесе отын немесе қозғалтқыш болмайды, бірақ моторлы планерлер және зымыран планерлер сияқты кейбір түрлері уақытша немесе қосымша пайдалану үшін оларды қамтиды. Ұшқыштар қанаттары бекітілген ұшақтарды көбінесе фюзеляждың алдыңғы немесе үстіңгі жағында орналасқан кабинадан басқарады, ол басқару құралдарымен және әдетте терезелермен және аспаптармен жабдықталған. Ұшақтарда көбінесе екі немесе одан көп ұшқыш болады, олардың бірі басқарушы ("ұшқыш") болып табылады, ал бірі немесе бірнешесі "қосалқы ұшқыштар" болады. Ірі ұшақтарда навигатор әдетте пилот кабинасында отырады. Кейбір әскери немесе арнайы ұшақтарда пилот кабинасында басқа ұшу экипажының мүшелері де болуы мүмкін. Шағын ұшақтарда жолаушылар көбінесе бір кабинада ұшқыштардың артында отырады, бірақ кейде жолаушы орындығы ұшқышпен қатар немесе тіпті оның алдында болуы мүмкін. Ірі жолаушылар ұшақтарында жеке жолаушылар кабинасы немесе кейде пилот кабинасынан физикалық түрде бөлек кабиналар болады.

Ұшу қанаты

Ұшушы қанат – құйрығы жоқ, анық фюзеляжы жоқ ұшақ, онда экипаждың, жүк пен жабдықтың көп бөлігі негізгі қанат құрылымында орналасқан. Ұшушы қанат конфигурациясы 1930 және 1940 жылдары, әсіресе АҚШ-та Джек Нортроп пен Честон Л. Эшельман, Германияда Александр Липпиш және Хортен ағайындылары тарапынан жан-жақты зерттелді. Соғыстан кейін ұшушы қанат тұжырымдамасына негізделген бірнеше тәжірибелік жобалар жасалды. Кейбір жалпы қызығушылық 1950 жылдардың басына дейін сақталды, бірақ бұл жобалар ұшу қашықтығы бойынша айқын артықшылықтарды ұсынбады және көптеген техникалық қиындықтар тудырды, нәтижесінде Convair B 36 және B 52 Stratofortress сияқты «дәстүрлі» шешімдер қабылданды. Практикалық тұрғыдан терең қанат қажет болғандықтан, ұшушы қанат тұжырымдамасы баяу және орташа жылдамдықтағы ұшақтар үшін тиімдірек, және оны тактикалық әуе көлігі ретінде пайдалануға қызығушылық бар. 1980 жылдары ұшушы қанаттарға деген қызығушылық жаңадан оянды, себебі олардың радардан шағылысу коэффициенті төмен болуы мүмкін. «Жасырын» технология радар толқындарын тек белгілі бір бағыттарда ғана көрсететін пішіндерге негізделген, осылайша радар қабылдағышы ұшаққа қатысты нақты позицияда болмаса, ұшақты анықтау қиынға түседі – бұл позиция ұшақ қозғалғанда үнемі өзгереді. Осы тәсіл ақырында Northrop B 2 Spirit «жасырын» бомбалаушы ұшағының жасалуына әкелді. Бұл жағдайда ұшушы қанаттың аэродинамикалық артықшылықтары басты талап емес. Дегенмен, қазіргі заманғы компьютерлік басқару жүйелері ұшушы қанаттың аэродинамикалық кемшіліктерін азайтуға мүмкіндік берді, нәтижесінде тиімді және тұрақты, ұзақ қашықтыққа ұшатын бомбалаушы құрылды.

Қоспалы қанатты корпус

Аралас қанатты ұшақтардың денесі жалпақталған және қанат пішіндес, ол өзін ауада ұстап тұру үшін көтеру күшінің көп бөлігін қамтамасыз етеді, сонымен қатар ерекше және бөлек қанат құрылымдары бар. Бірақ қанаттары денемен тегіс біріктірілген. Осылайша, аралас қанатты ұшақтар футуристикалық фюзеляж және ұшу қанаты дизайнының ерекшеліктерін біріктіреді. Аралас қанатты корпус тәсілінің күтілетін артықшылықтары – тиімді, жоғары көтеру күшіне ие қанаттар және кең, қанат пішіндес дене. Бұл бүкіл ұшақтың көтеру күшін жасауға қатысуына мүмкіндік береді, нәтижесінде отынды үнемдеуге болады.

Көтергіш корпус

Көтергіш дене – дене өзінің көтергіш күшін тудыратын конфигурация. Ұшатын қанаттан айырмашылығы, ол минималды немесе мүлдем дәстүрлі фюзеляжы жоқ қанат болса, көтергіш дене – минималды немесе мүлдем дәстүрлі қанаты жоқ фюзеляж ретінде қарастырылуы мүмкін. Ұшатын қанаттардың мақсаты – көтергіш емес беттерді жою арқылы субсоникалық жылдамдықтарда круиздік тиімділікті максималды деңгейге жеткізу, ал көтергіш денелер көбінесе қанаттың қарсылығын және құрылымын азайтады. Бұл ұшу режимдерінің барлығы дұрыс ұшу тұрақтылығын қамтамасыз етуге қатысты қиындықтар тудырады. 1960 және 1970 жылдары көтергіш денелер кішкентай және жеңіл пилотты ғарыш кемесін құрудың маңызды зерттеу саласы болды. АҚШ бұл тұжырымды сынау үшін бірнеше танымал көтергіш денелі ракеталық ұшақтарды, сондай-ақ Тынық мұхиты үстінде сынақтан өткен бірнеше ракетамен ұшырылатын қайта кіру аппараттарын жасады. АҚШ Әуе күштері пилоттық миссияға қызығушылығын жоғалтқандықтан қызығушылық азайды, ал ғарыш шаттлын жобалау кезінде негізгі даму тоқталды, себебі күшті пішінделген фюзеляждар отын бактерілерін орналастыруды қиындатты.

Эмпеннаж және алдыңғы ұшақ

Классикалық аэродинамикалық қанаттың ұшу кезінде тұрақсыздығы және басқару қиындығы байқалады. Иілгіш қанаттар көбінесе дұрыс қалыпты сақтау үшін зәкір желісіне немесе астынан ілінген ұшқыштың салмағына тәуелді болады. Кейбір еркін ұшу түрлері тұрақты бейімделген аэродинамикалық пішін немесе басқа да тапқыр механизмдерді, соның ішінде жақында қолданыла бастаған электрондық жасанды тұрақтылықты пайдаланады. Бірақ, қалыпқа келтіру, тұрақтылық және басқару үшін көптеген тұрақты қанаттар құрамында көлденең бағытта әрекет ететін қанат және руль, ал тік бағытта әрекет ететін құйрық және лифт болады. Бұл соншалықты кең таралғандықтан, оны дәстүрлі схема деп атайды. Кейде құйрықтың ұшында екі немесе одан да көп қанаттар орналасуы мүмкін. Ал кейбір түрлерінде негізгі қанаттың артында емес, алдында көлденең "канард" алдыңғы қанаты болады. Бұл алдыңғы қанат ұшақтың қалыпқа келтіруіне, тұрақтылығына немесе басқаруына, немесе олардың бірнешесіне де әсер етуі мүмкін.

Қанатбауды бақылау

Қанаттар жерге дейін созылған сымдар арқылы басқарылады. Әдетте, әр сым оған бекітілген қанаттың бөлігі үшін тіреу қызметін атқарады.