Қанатты ұшу аппараты тарихы мен түрлері

Кіріспе

Қанаттары бар, ұшып жүретін көлік құралы

Ұшақ (американдық ағылшын тілінде) немесе аэроплан (британдық ағылшын тілінде), жай ғана ұшақ деп те аталады, ол реактивтік қозғалтқыш, винт немесе ракеталық қозғалтқыштан туындайтын итеру күшімен алға жылға тиянақты қанатты ұшақ. Ұшақтардың өлшемдері, пішіндері және қанат конструкциясы әртүрлі болады. Ұшақтарды пайдалану саласы өте кең: демалыс, жүктер мен адамдарды тасымалдау, әскери мақсаттар және ғылыми зерттеулер. Әлем бойынша коммерциялық авиация жыл сайын 4 миллиардтан астам жолаушыны және 200 миллиард тонна-километрден астам жүк тасымалдайды, бұл әлемдік жүк айналымының 1 пайызынан да аз құрайды. Көптеген ұшақтар ұшқышпен басқарылады, бірақ кейбіреулері қашықтан немесе компьютерлік бағдарлама арқылы басқарылуға арналған, мысалы, дрон (ұшқышсыз аппараттар). 1903 жылы Райт ағайындылар алғашқы ұшақты ойлап тапты және оны ұшырды, бұл "ауадан ауыр, қуатты ұшудың тұрақты және басқарылатын алғашқы қадамы" ретінде танылды. Олар 1799 жылдан бері қалыптасқан Джордж Кейлидің қазіргі заманғы ұшақ тұжырымдамасын (содан кейін ол модельдерді және жолаушыларды тасымалдайтын сәтті планерлерді жасап, ұшырды) және 1867-1896 жылдар аралығында ауадан ауыр ұшуды зерттеген неміс авиациясының пионері Отто Лилиентальдың еңбектерін пайдаланды. Лилиентальдың 1891 жылғы ұшу әрекеттері адамның ұшу тарихының бастауы ретінде қарастырылады. Бірінші дүниежүзілік соғыста шектеулі қолданылғаннан кейін, ұшақ технологиясы дамуын жалғастырды. Ұшақтар Екінші дүниежүзілік соғыстың барлық маңызды шайқастарында қатысты. Алғашқы реактивтік ұшақ 1939 жылы неміс Heinkel He 178 болды. Алғашқы реактивтік лайнер, de Havilland Comet, 1952 жылы пайда болды. Боинг 707, кеңінен танымал болған алғашқы коммерциялық реактивтік ұшақ, 1958 жылдан кем дегенде 2013 жылға дейін 50 жылдан астам уақыт бойы коммерциялық қызметте болды.

Этимологиясы мен қолданылуы

Алғаш рет 19 ғасырдың соңында (алғашқы тұрақты қуатты ұшудан бұрын) ағылшын тілінде тіркелген "ұшақ" сөзі, "аэроплан" сияқты, француз тіліндегі "aéroplane" сөзінен шыққан, ол грек тіліндегі ἀήρ (aēr) – "ауа" және латын тіліндегі planus – "жазық" немесе грек тіліндегі πλάνος (planos) – "саяхаттаушы" сөздерінен туындаған. "Аэроплан" сөзі бастапқыда ауада қозғалатын қанатты ғана білдірген. Синекдоха мысалы ретінде, қанатты білдіретін сөз бүкіл ұшаққа қатысты қолданыла бастады. АҚШ және Канадада "ұшақ" термині қуатты, тұрақты қанатты ұшақтарды білдіреді. Ұлыбритания, Ирландия және Ұлттар Достастығының көп бөлігінде "аэроплан" термині қолданылады. Бұл машина ұшу үшін ілініп қойылған болуы мүмкін. Глайдерлермен жасалған ең алғашқы тәжірибелердің бірі 9 ғасырдың андалузиялық және араб тіліндегі ақыны Аббас ибн Фирнас және 11 ғасырдың ағылшын монахы Эилмер Мальмсберидің тәжірибелері болды; екі тәжірибе де ұшқыштардың жарақаттануына әкелді. Леонардо да Винчи құстардың қанат құрылымын зерттеп, 1502 жылғы "Құстардың ұшуы туралы кодексінде" адам күшімен жұмыс істейтін ұшақтың жобасын жасады, алғаш рет ұшатын құстардың масса орталығы мен қысым орталығы арасындағы айырмашылықты атап өтті. 1799 жылы Джордж Кейли қазіргі заманғы ұшақтың тұжырымдамасын – көтергіш, қозғалтқыш 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 жолаушы тасымалдайтын сәтті глайдер жасады. Орыс ғалымы Александр Можайский да инновациялық жобалар жасады. 1883 жылы америкалық Джон Дж. Монтгомери глайдерде басқарылатын ұшу жасады. Сол кездегі ұқсас ұшуларды жасаған басқа авиаторлар Отто Лилиенталь, Перси Пилчер және Октав Шанут болды. Сэр Хирам Максим 3,5 тонна салмақты, 34 метр қанат көлемі бар, екі бу машинасымен қуатталатын және екі винті бар аппарат жасады. 1894 жылы оның машинасының көтерілуін болдырмау үшін жоғарыдан теміржолмен сынақтан өтті. Сынақтар аппараттың көтерілуге жеткілікті көтерілу күшіне ие екенін көрсетті. Аппаратты басқару мүмкін болмады және Максим бұл туралы түсінгендіктен, одан әрі жұмысты тоқтатқан деп болжанады. 1867-1896 жылдар аралығында неміс авиацияның пионері Отто Лилиенталь ауадан ауыр ұшуды дамытты. Ол жақсы құжатталған, қайталамалы және сәтті глайдтік ұшуларды жасаған алғашқы адам болды. Лилиентальдың жұмысы оған қазіргі заманғы қанат тұжырымдамасын жасауға мүмкіндік берді, оның 1891 жылғы ұшу әрекеттері адамның ұшуының бастамасы ретінде қарастырылады, ал "Лилиенталь Нормальсегельаппарат" сериялық өндірістегі алғашқы ұшақ деп есептеледі және оның жұмысы Райт ағайындыларын үлкен шабыттандырды. 1890 жылдары Лоренс Харгрейв қанат құрылымдарын зерттеді және адамның салмағын көтере алатын қорапша тәрізді желкенді жасады. Оның қорапша желкенді дизайндары кеңінен қабылданып алынды. Ол сондай-ақ айналмалы ұшақ қозғалтқышының түрін жасаса да, қуатты тұрақты қанатты ұшақты жасап, ұшқан жоқ.

First attested in English in the late 19th century (prior to the first sustained powered flight), the word airplane, like aeroplane, derives from the French aéroplane, which comes from the Greek ἀήρ (aēr), "air" and either Latin planus, "level", or Greek πλάνος (planos), "wandering". "Aéroplane" originally referred just to the wing, as it is a plane moving through the air. In an example of synecdoche, the word for the wing came to refer to the entire aircraft. In the United States and Canada, the term "airplane" is used for powered fixed wing aircraft. In the United Kingdom and Ireland and most of the Commonwealth, the term "aeroplane" ('/ɛər//ə//p//l//eɪ//n/ This machine may have been suspended for its flight. Some of the earliest recorded attempts with gliders were those by the 9th century Andalusian and Arabic language poet Abbas ibn Firnas and the 11th century English monk Eilmer of Malmesbury; both experiments injured their pilots. Leonardo da Vinci researched the wing design of birds and designed a man powered aircraft in his Codex on the Flight of Birds (1502), noting for the first time the distinction between the center of mass and the center of pressure of flying birds. In 1799, 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. Then the Russian Alexander F. Mozhaisky also made some innovative designs. In 1883, the American John J. Montgomery made a controlled flight in a glider. Other aviators who made similar flights at that time were Otto Lilienthal, Percy Pilcher, and Octave Chanute. Sir Hiram Maxim built a craft that weighed 3.5 tons, with a 110 feet (34 m) wingspan that was powered by two steam engines driving two propellers. In 1894, his machine was tested with overhead rails to prevent it from rising. The test showed that it had enough lift to take off. The craft was uncontrollable and it is presumed that Maxim realized this because he subsequently abandoned work on it. Between 1867 and 1896, the German pioneer of human aviation Otto Lilienthal developed heavier than air flight. He was the first person to make well documented, repeated, successful gliding flights. Lilienthal's work led to him developing the concept of the modern wing, his flight attempts in 1891 are seen as the beginning of human flight, the "Lilienthal Normalsegelapparat" is considered to be the first airplane in series production and his work heavily inspired the Wright brothers. 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.

Ертедегі қозғалтқышпен ұшулар

Француз Клемент Адер 1886 жылы үш ұшу машинасының біріншісін – Эоль ұшағын құрастырды. Бұл оның жеке өнертабысымен жасалған жеңіл бу машинасы, төрт цилиндрлі, төрт пернелі бұранданы қоздыратын, жартасқа ұқсас конструкция еді. Қозғалтқыштың салмағы , ал қанаттарының ұзындығы болды. Ұшақтың жалпы салмағы 1890 жылдың 9 қазанында Адер Эоль ұшағымен ұшуға тырысты. Авиация тарихшылары бұл әрекетті қуатты ұшыру және шамамен биіктікте бақыланбайтын секіру деп бағалайды. Адердің келесі екі машинасы ұшуға жеткені туралы құжатталмаған. 1903 жылы американдық Райт ағайындарының ұшуын Халықаралық авиация федерациясы (FAI) «ауадан ауыр қуатты ұшудың алғашқы тұрақты және бақыланатын ұшуы» деп мойындады және 22 секундтан кем уақытта ұшып, Аэро-клуб де Франс мойындаған әлемдік бірінші рекордты орнатты. Бұл ұшу да FAI сертификатынан өтті. Қазіргі заманғы моноплан трактор конфигурациясын біріктірген ерте ұшақ дизайны – 1908 жылғы Blériot VIII болды. Онда иілу мен көтерілуді басқаратын жылдамдыруға жарамды құйрық беттері, қанаттарды бүгу немесе элерон арқылы қамтамасыз етілетін және ұшқышпен джойстик пен руль арқылы басқарылатын рульдік басқару жүйесі болды. Бұл оның 1909 жылғы жазда Ла-Манш каналын кесіп өткен Blériot XI ұшағының маңызды алдағы үлгісі болды. Бірінші дүниежүзілік соғыс ұшақты қару ретінде сынау алаңы болды. Ұшақтар жылдам бақылау платформасы ретіндегі әлеуетін көрсетті, содан кейін олар жауға зиян келтіре алатын соғыс машиналарын екенін дәлелдеді. 1915 жылы неміс әскери авиациясының лейтенанты Курт Винтгенспен синхронды пулеметі бар ұшақтағы алғашқы әуе жеңісі тіркелді. Ұшқыштар-ұрыс шеберлері пайда болды, олардың ең ірісі (әуе шайқасындағы жеңістерінің саны бойынша) – Манфред фон Рихтгофен, сонымен қатар «Қызыл барон» деп танылды. Бірінші дүниежүзілік соғыстан кейін ұшақ технологиясы дамуын жалғастырды. Алкок пен Браун 1919 жылы бірінші рет Атлант мұхитын тоқтаусыз кесіп өтті. 1919 жылы АҚШ пен Канада арасында алғашқы халықаралық коммерциялық рейстер орындалды. Ұшақтар Екінші дүниежүзілік соғыстың барлық маңызды шайқастарында болды. Олар сол кезеңдегі әскери стратегияның маңызды бөлігі болды, мысалы, неміс блицкригі, Ұлыбритания шайқасы және Тынық мұхитындағы американдық және жапондық әскери-теңіз күштерінің операциялары.

The Frenchman Clement Ader constructed his first of three flying machines in 1886, the Éole. It was a bat like design run by a lightweight steam engine of his own invention, with four cylinders developing , driving a four blade propeller. The engine weighed no more than The wings had a span of All up weight was On 9 October 1890, Ader attempted to fly the Éole. Aviation historians give credit to this effort as a powered take off and uncontrolled hop of approximately at a height of approximately Ader's two subsequent machines were not documented to have achieved flight. The American Wright brothers flights in 1903 are recognized by the Fédération Aéronautique Internationale (FAI), the standard setting and record keeping body for aeronautics, as "the first sustained and controlled heavier than air powered flight". and set the first world record recognized by the Aéro Club de France by flying in less than 22 seconds. This flight was also certified by the FAI. An early aircraft design that brought together the modern monoplane tractor configuration was the Blériot VIII design of 1908. It had movable tail surfaces controlling both yaw and pitch, a form of roll control supplied either by wing warping or by ailerons and controlled by its pilot with a joystick and rudder bar. It was an important predecessor of his later Blériot XI Channel crossing aircraft of the summer of 1909. World War I served as a testbed for the use of the airplane as a weapon. Airplanes demonstrated their potential as mobile observation platforms, then proved themselves to be machines of war capable of causing casualties to the enemy. The earliest known aerial victory with a synchronized machine gun armed fighter aircraft occurred in 1915, by German Luftstreitkräfte Leutnant Kurt Wintgens. Fighter aces appeared; the greatest (by number of Aerial Combat victories) was Manfred von Richthofen, also known as the Red Baron. Following WWI, aircraft technology continued to develop. Alcock and Brown crossed the Atlantic non stop for the first time in 1919. The first international commercial flights took place between the United States and Canada in 1919. Airplanes had a presence in all the major battles of World War II. They were an essential component of the military strategies of the period, such as the German Blitzkrieg, The Battle of Britain, and the American and Japanese aircraft carrier campaigns of the Pacific War.

Ұшқыш ұшақтарды әзірлеу

Бірінші практикалық реактивті ұшақ 1939 жылы сынақтан өткен неміс Heinkel He 178 болды. 1943 жылы Германияның Люфтваффе әскерінде алғашқы жедел реактивті истребитель – Messerschmitt Me 262 қолданысқа енді. Бірінші реактивті лайнер, de Havilland Comet, 1952 жылы пайдалануға берілді. Boeing 707 – 1958 жылдан 2010 жылға дейін 50 жылдан астам коммерциялық қызметте болған, кең таралған алғашқы коммерциялық реактивті ұшақ. Boeing 747 1970 жылдан бастап 2005 жылы Airbus A380 ұшағы оны басып өткенге дейін әлемдегі ең үлкен жолаушылар ұшағы болды. Concorde-ты қоса алғанда, үстіркілді ұшақтардың қанатын жарып өтетін дыбыстық толқынының әсерінен көптеген елді мекендерде тыйым салынғандықтан, олардың қанатын жарып өтетін жылдамдықпен су үстінен ұшуына шектеу қойылды. Жолаушыға шаққандағы жоғары операциялық құн және 2000 жылы болған қаза тауқыметі Concorde операторларын оны қызметтен шығаруға мәжбүр етті.

Көшпелі

Ұшақ винті, немесе аэровинт, қозғалтқыштан немесе басқа қуат көзінен айналу қозғалысын винтті алға немесе артқа итетін айналмалы ауа ағысына түрлендіреді. Ол айналатын, қуатпен қоздырылатын орталық бөліктен тұрады, оған екі немесе одан көп радиалды қанаттық бөліктер бекітілген, нәтижесінде бүкіл құрылым бойлық осьтің айналасында айналады. Пропеллерді қоздыру үшін қолданылатын авиациялық қозғалтқыштардың үш түрі: поршеньді қозғалтқыштар, газ турбиналары және электрмоторлар. Пропеллердің тудыратын итермелеу күші, ішінара, оның дискісінің ауданымен – қанаттар айналатын ауданмен анықталады. Қанат ұшының жылдамдығының шегі дыбыс жылдамдығымен белгіленеді; қанат ұшы дыбыс жылдамдығынан асып кеткенде, соққы толқындары винттің тиімділігін азайтады. Белгілі бір ұшқыш жылдамдығын жасау үшін қажетті айналу жылдамдығы пропеллердің диаметріне кері пропорционал. Пропеллермен жабдықталған ұшақтардың ең жоғары жобалық жылдамдық шегі 0,6 Мах құрайды. Одан да жылдам ұшуға арналған ұшақтар реактивтік қозғалтқыштарды пайдаланады.

Қалқымалы қозғалтқыш

Ұшақтағы поршеньді қозғалтқыштардың үш негізгі түрі бар: радиалды, тік қатарлы және қарама-қарсылы жазық қозғалтқыштар. Радиалды қозғалтқыш – цилиндрлер орталық картерден дөңгелектің спицалары сияқты сыртқа қарай "шағылысатын" поршеньді ішкі жану қозғалтқышының конфигурациясы. Газ турбиналық қозғалтқыштар кеңінен таралғанға дейін ұшақтарда осы типтегі қозғалтқыштар жиі қолданылған. Тік қатарлы қозғалтқыш – цилиндрлер қатары емес, бірінің артынан бірі орналасқан цилиндрлер блогы бар поршеньді қозғалтқыш. Әр блокта цилиндрлердің саны кез келген болуы мүмкін, бірақ көбінесе алтыдан аспайды және сумен салқындатылуы мүмкін. Қарама-қарсылы жазық қозғалтқыш – көлденең бағытта орналасқан қарама-қарсы цилиндрлері бар ішкі жану қозғалтқышы.

Газ турбинасы

Турбовинттік газ турбиналық қозғалтқышқа кіріс, компрессор, жану камерасы, турбина және итеру сопласы кіреді, олар білік арқылы, редукторлық беріліс жүйесі арқылы бұрандаға қуат жеткізеді. Итеру сопласы турбовинттің тудыратын жалпы итеру күшінің салыстырмалы түрде аз бөлігін құрайды.

Электр қозғалтқышы

Электрлік ұшақ электр қозғалтқыштарымен жұмыс істейді, ал электр қуаты отын жасушалары, күн жасушалары, ультраконденсаторлар, қуат беру жүйелері немесе аккумуляторлардан алынады. Қазіргі таңдағыда, электрлік ұшақтар көбінесе сынақ прототиптері болып табылады, оның ішінде пилотты және пилотсыз ұшу аппараттары, бірақ нарықта бірнеше өндірістік үлгілер де бар.

Ұшқыш

Ұшақтар реактивтік қозғалтқыштармен қозғалтылады, себебі винттердің аэродинамикалық шектеулері реактивтік итеруге қатысты болмайды. Бұл қозғалтқыштар белгілі бір өлшем мен салмақ үшін поршеньді қозғалтқыштардан әлдеқайда қуатты, салыстырмалы түрде шусыз және биік қабатта жақсы жұмыс істейді. Реактивтік қозғалтқыштың түрлеріне рамджет және скрамджет жатады, олар отын енгізу және тұтандыру алдында жануға қажетті ауаны қысу үшін жоғары жылдамдық пен кіріс геометриясына тәуелді. Ракеталық қозғалтқыштар отынды окисландырғышпен жағып, газды сопло арқылы шығару арқылы итеру күшін қамтамасыз етеді.

Турбофен

Көптеген реактивтік ұшақтар турбовентиляторлық реактивтік қозғалтқыштарды пайдаланады, олар газ турбинасын жетекке алып, турбинаның айналасындағы ауаны үрлейтін арнайы құрылғыны (вентиляторды) іске қосады, бұл турбина арқылы үрленген ауаға қосымша итеру күшін береді. Турбинаны айналып өтетін ауаның, турбина арқылы өтетін ауаға қатынасы – айналып өту коэффициенті деп аталады. Олар турбореактивтік (байпассыз) және турбовинттік (негізінен айналып өтетін ауамен қуатталатын) ұшақтардың қозғалтқыш түрлері арасындағы шартты келісімді білдіреді. Сыртқы әуеге ұшатын, мысалы, жолаушылар ұшақтары отынның тиімділігін арттыру үшін жоғары айналып өту коэффициенті бар реактивтік қозғалтқыштарды қолданады. Жауынгерлік ұшақтар сияқты, дыбыс жылдамдығынан асып түсетін ұшақтар төмен айналып өту коэффициенті бар турбовентиляторлық қозғалтқыштарды пайдаланады. Дегенмен, дыбыс жылдамдығынан жоғары жылдамдықтарда қозғалтқышқа кіретін ауа баяулатылып, дыбыс жылдамдығынан төменгі деңгейге жеткізілуі керек, содан кейін жанудан кейін қайтадан дыбыс жылдамдығына дейін үрленуі тиіс. Жауынгерлік ұшақтарда қысқа мерзімге қуатты арттыру үшін отынды тікелей ыстық газ-эмиссиялық ағынға шашырату арқылы форсаждық камера қолданылуы мүмкін. Көптеген реактивтік ұшақтар қону кезінде жылдамдықты төмендету үшін кері итеру құрылғыларын да пайдаланады.

Скрамжет

Скрамжет – ішкі үстінқы жылдамдық ағынды пайдаланып, жанармаймен араластырып, жағу арқылы және шығарылатын газдарды жылдамдату арқылы итеру күшін қамтамасыз ететін ерекше рамжет. Бұл қозғалтқыш тек үстінқы жылдамдықпен жұмыс істейді. NASA X-43 эксперименталды, пилотсыз скрамжет 2004 жылы реактивтік ұшақтар арасында 9,7 Мах жылдамдықпен әлемдік рекордты орнатты, ол шамамен .

Ракета

Реактивтік ұшақтар атмосфераны тотықтырғыш пен массаның көзі ретінде пайдаланады, ал ракеталық ұшақтар тотықтырғышты өздерімен бірге алып жүреді және жағылған отын мен тотықтырғышты артқа қарай жылдамдату арқылы реакцияға қажетті массаның жалғыз көзі ретінде қолданады. Сұйық отын мен тотықтырғыш жану камерасына сорғыланады немесе қатты отын тотықтырғышпен бірге отын камерасында жануы мүмкін. Сұйық немесе қатты отынмен жұмыс істейтін ыстық газ сопло арқылы жылдамдатылады. Екінші дүниежүзілік соғыста немістер Me 163 Komet ракеталық ұшағын қолданды. 1948 жылы Bell X 1 ракеталық ұшағы тегіс ұшу кезінде дыбыс жылдамдығын алғашқы болып бұзды. Солтүстік Американың X 15 ұшағы 1960 жылдары көптеген жылдамдық және биіктік рекордтарын жаңартты және кейінгі ұшақтар мен ғарыш кемелері үшін инженерлік концепциялардың негізін қалады. Әскери көлік ұшақтары қысқа ұшу-қону жолағындағы жағдайларда ракеталық көмекпен ұшуды пайдалана алады. Басқа жағдайларда, ракеталық ұшақтарға SpaceShipTwo сияқты ғарыш ұшақтары және Жер атмосферасынан тыс сапарлар үшін, сондай-ақ Rocket Racing League үшін жасалған спорттық ұшақтар жатады.

Құрылыс және өндіріс

Ұшақтардың көпшілігі тұтынушылар үшін оларды көптеп өндіруді мақсат ететін компаниялармен жасалады. Жобалау және жоспарлау процесі, қауіпсіздік сынақтарын қоса алғанда, шағын турбовинтті ұшақтар үшін төрт жылға дейін, ал ірі ұшақтар үшін одан да ұзаққа созылуы мүмкін. Осы процесте ұшақтың мақсаттары мен жобалау сипаттамалары белгіленеді. Бірінші кезекте, құрылыс компаниясы суреттер мен теңдеулерді, модельдеулерді, жел тоннеліндегі сынақтарды және ұшақтың мінез-құлқысын болжау үшін тәжірибелі деректерді пайдаланады. Компаниялар ұшақтың бастапқы модельдеуін жасау, жоспарлау және жүргізу үшін компьютерлерді қолданады. Ұшақтың барлық немесе белгілі бір бөліктерінің кішігірім үлгілері мен макеттері оның аэродинамикалық қасиеттерін растау үшін жел тоннельдерінде сынақтан өтеді. Осы процестерден өткеннен кейін компания жерде сынақ жүргізу үшін шектеулі сандағы прототиптерді жасайды. Әуе қатынасын реттеуші агенттіктің өкілдері көбінесе алғашқы рейске қатысады. Ұшу сынақтары ұшақ барлық талаптарға сай келгенше жалғасады. Содан кейін елдің авиациялық басқарушы мемлекеттік органы компанияға өндірісті бастауға рұқсат береді. АҚШ-та бұл агенттік – Федералдық авиациялық басқарма (FAA), Еуропалық Одақта – Еуропалық авиациялық қауіпсіздік агенттігі (EASA), ал Ұлыбританияда – Азаматтық авиация басқармасы (CAA). Канадада ұшақтың жаппай өндірісіне жауапты және рұқсат беретін мемлекеттік орган – Канаданың Азаматтық авиация басқармасы. Кез келген аэроғарыштық немесе қорғаныс саласында қолданылатын бөлшектерді дәнекерлеу арқылы біріктіру қажет болған жағдайда, олар ең қатаң және нақты қауіпсіздік ережелері мен стандарттарына сәйкес болуы тиіс. Nadcap, яки Ұлттық аэроғарыш және қорғаныс мердігерлерін аккредиттеу бағдарламасы, аэроғарыш инженериясы үшін сапа, сапа менеджменті және сапаны қамтамасыз ету саласындағы жаһандық талаптарды белгілейді. Халықаралық сауда кезінде ұшақты пайдалану үшін әуе немесе көлік саласындағы мемлекеттік агенттіктің лицензиясы да қажет. Мысалы, еуропалық Airbus компаниясы жасаған ұшақтарды АҚШ-та ұшу үшін FAA сертификаты керек, ал АҚШ-тағы Boeing компаниясы жасаған ұшақтарды Еуропалық Одақта ұшу үшін EASA мақұлдауы керек. Әуежайлар маңындағы қалалардағы әуе қозғалысының өсуіне байланысты шудың артуына жауап ретінде авиациялық қозғалтқыштардың шу деңгейін төмендетуге бағытталған ережелер енгізілді. Шағын ұшақтарды әуесқойлар өздері құрастыра алады. Басқа да өздігінен жасалған ұшақтарды алдын ала дайындалған бөлшектер жиынтығынан құрастыруға болады, оларды негізгі ұшаққа орнатып, содан кейін құрастырушы аяқтауы керек. Ұшақтарды ірі көлемде өндіретін компаниялар көп емес. Алайда, бір компания үшін ұшақ өндіруі – бұл ондаған, тіпті жүздеген басқа компаниялар мен зауыттардың қатысуын қамтитын процесс, олар ұшаққа орнатылатын бөлшектерді өндіреді. Мысалы, бір компания қону шассин өндіруге жауапты болса, екіншісі радарға жауапты болады. Мұндай бөлшектерді өндіру бір қаламен немесе елмен шектелмейді; ірі ұшақ өндіруші компаниялар жағдайында мұндай бөлшектер бүкіл әлемнен келуі мүмкін. Бөлшектер ұшақ компаниясының негізгі зауытына жіберіледі, онда өндіріс желісі орналасқан. Ірі ұшақтарда ұшақтың белгілі бір бөліктерін, әсіресе қанаттары мен фюзеляждарды құрастыруға арналған жеке өндіріс желілері болуы мүмкін. Ұшақ толық құрастырылғаннан кейін, ол кемшіліктер мен ақауларды анықтау үшін мұқият тексеріледі. Инспекторлар ұшақты мақұлдағаннан кейін, барлық жүйелердің дұрыс жұмыс істейтінін және ұшақтың қалыпты басқарылатынын тексеру үшін бірнеше ұшу сынақтарынан өткізіледі. Осы сынақтардан сәтті өткеннен кейін ұшақ "соңғы жөндеулерді" (ішкі конфигурация, бояу және т.б.) алуға дайын болады, содан кейін ол тұтынушыға тапсырылады.

Most airplanes are constructed by companies with the objective of producing them in quantity for customers. The design and planning process, including safety tests, can last up to four years for small turboprops or longer for larger planes. During this process, the objectives and design specifications of the aircraft are established. First the construction company uses drawings and equations, simulations, wind tunnel tests and experience to predict the behavior of the aircraft. Computers are used by companies to draw, plan and do initial simulations of the aircraft. Small models and mockups of all or certain parts of the plane are then tested in wind tunnels to verify its aerodynamics. When the design has passed through these processes, the company constructs a limited number of prototypes for testing on the ground. Representatives from an aviation governing agency often make a first flight. The flight tests continue until the aircraft has fulfilled all the requirements. Then, the governing public agency of aviation of the country authorizes the company to begin production. In the United States, this agency is the Federal Aviation Administration (FAA). In the European Union, European Aviation Safety Agency (EASA); in the United Kingdom it is the Civil Aviation Authority (CAA). In Canada, the public agency in charge and authorizing the mass production of aircraft is Transport Canada's Civil Aviation Authority. When a part or component needs to be joined together by welding for virtually any aerospace or defense application, it must meet the most stringent and specific safety regulations and standards. Nadcap, or the National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program sets global requirements for quality, quality management and quality assurance for aerospace engineering. In the case of international sales, a license from the public agency of aviation or transport of the country where the aircraft is to be used is also necessary. For example, airplanes made by the European company, Airbus, need to be certified by the FAA to be flown in the United States, and airplanes made by U. S. based Boeing need to be approved by the EASA to be flown in the European Union. Regulations have resulted in reduced noise from aircraft engines in response to increased noise pollution from growth in air traffic over urban areas near airports. Small planes can be designed and constructed by amateurs as homebuilts. Other homebuilt aircraft can be assembled using pre manufactured kits of parts that can be assembled into a basic plane and must then be completed by the builder. Few companies produce planes on a large scale. However, the production of a plane for one company is a process that actually involves dozens, or even hundreds, of other companies and plants, that produce the parts that go into the plane. For example, one company can be responsible for the production of the landing gear, while another one is responsible for the radar. The production of such parts is not limited to the same city or country; in the case of large plane manufacturing companies, such parts can come from all over the world. The parts are sent to the main plant of the plane company, where the production line is located. In the case of large planes, production lines dedicated to the assembly of certain parts of the plane can exist, especially the wings and the fuselage. When complete, a plane is rigorously inspected to search for imperfections and defects. After approval by inspectors, the plane is put through a series of flight tests to assure that all systems are working correctly and that the plane handles properly. Upon passing these tests, the plane is ready to receive the "final touchups" (internal configuration, painting, etc. ), and is then ready for the customer.

Қанат

Белгілі бір қанатты ұшақтың қанаттары ұшақтың екі жағына созылатын, қозғалмайтын жазықтықтар болып табылады. Ұшақ алға жылдамдықпен қозғалғанда, қанат үстінен ауа ағыны өтеді, ал қанаттың пішіні көтергіш күшті жасау үшін арналған. Бұл пішін аэродинамикалық профиль деп аталады және ол құстың қанатына ұқсайды.

Қанаттың құрылымы

Ұшақтардың икемді қанаттары болады, олар қаңқаға керіліп, үстінен өтетін ауа ағынының күшімен қатаңдырылады. Ірі ұшақтардың қанаттары қатаң болып келеді, бұл оларға қосымша беріктік береді. Қанат икемді немесе қатаң болсын, оларға пішін беру және қанаттан ұшақтың қалған бөлігіне көтеру күшін жеткізу үшін мықты қаңқа беріледі. Негізгі 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, олардың жеңіл болуы өте маңызды болды. Сонымен қатар, ертедегі қанаттық профильдер өте жұқа болғандықтан, олардың ішіне мықты қаңқа орнату мүмкін болмады. Сондықтан 1930 жылға дейін көптеген қанаттар жеткілікті күшті болу үшін тым жеңіл болды, сондықтан сыртқы тіреу тіректері мен сымдар қосылды. 1920-30 жылдары двигательдің қуаты артқанда, қанаттарды ауыр және жеткілікті түрде мықты етуге мүмкіндік болды, сондықтан тіреуге қажеттілік туғызбады. 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 одан да көп қанаттар қолданылған, үш қанатты үшұшақ Бірінші дүниежүзілік соғыста белгілі бір даңққа ие болды. Төрт қанатты төртұшақ және басқа да көп қанатты конструкциялар көп сәттілікке жетпеді. Монопланның бір қанаты бар, бипланның екі қанаты бар, бірін екіншісінің үстіне орналастырған, ал тандем қанатының екі қанаты бірінің артында бірі орналасқан. 1920 және 30-жылдары қозғалтқыштың қуаты артқанда және тіреулердің қажеті болмай қалғанда, тіреусіз немесе консольді моноплан қуатты типтің ең көп таралған түріне айналды. Қанаттың жоспары – жоғарыдан қарағандағы пішіні. Аэродинамикалық тиімділік үшін қанаттың екі жағынан ұзын қанат кеңдігі, бірақ қысқа хордасы (жоғары арақатынасы) болуы керек. Алайда, конструкциялық тиімділік үшін, демек, жеңіл салмақ үшін, қанаттың қысқа қанат кеңдігі болуы керек, бірақ көтеруді 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 көмектеседі. Созылған қанат – бұл артқа немесе алға қарай созылған түзу қанат. Дельта қанаты үшбұрышты пішінде болады және оны бірнеше себеппен қолдануға болады. Икемді Рогалло қанаты аэродинамикалық күштердің әсерінен тұрақты пішінге ие болуға мүмкіндік береді, сондықтан ол көбінесе ультражеңіл ұшақтарда және тіпті желкендерде қолданылады. Үстін соққы жылдамдығында ол жоғары беріктікті төмен соққымен үйлестіреді, сондықтан ол жылдам реактивтік ұшақтарда жиі қолданылады. Өзгермелі геометриялы қанат ұшу кезінде пішінін өзгертуге болады. Өзгермелі созылу қанаты ұшу мен қону үшін тиімді түзу конфигурациядан жоғары жылдамдықты ұшу үшін төмен соққы конфигурациясына ауысады. Басқа да өзгермелі жоспарлы формалар сынақтан өткен, бірақ ешқайсысы зерттеу кезеңінен асып кеткен жоқ.

Фюзеляж

Фюзеляж – ұзын, жұқа дене, көбінесе оның пішіні аэродинамикалық түрде тегіс болуы үшін ұштары немесе дөңгелектелген ұштарымен жабдықталған. Фюзеляжға ұшу экипажы, жолаушылар, жүк немесе пайдалы жүк, жанармай және қозғалтқыштар орналастырылуы мүмкін. Пилоттар адам басқаратын ұшақтарды фюзеляждың алдыңғы немесе үстіңгі бөлігінде орналасқан, басқару құралдарымен және әдетте терезелер мен құралдармен жабдықталған пилот кабинасынан басқарады. Ұшақта бірнеше фюзеляж болуы мүмкін, немесе ол құйрығы екі фюзеляж арасында орналасқан тіреулермен жабдықталуы мүмкін, бұл фюзеляждың ең артқы бөлігін түрлі мақсаттар үшін пайдалануға мүмкіндік береді.

Ұшу қанаты

Ұшушы қанат – құйрығы және анық фюзеляжы жоқ ұшақ. Ұшақ экипажының, жүгі мен жабдықтарының көп бөлігі негізгі қанат құрылымында орналасқан. Ұшушы қанат конфигурациясы 1930 және 1940 жылдары, әсіресе АҚШ-та Джек Нортроп пен Честон Л. Эшельман, ал Германияда Александр Липпиш және Хортен ағайындылары тарапынан жан-жақты зерттелді. Соғыстан кейін бірнеше тәжірибелік жобалар ұшушы қанат тұжырымдамасына негізделді, бірақ бұрыннан бар қиындықтар шешілмей қалды. Кейбір жалпы қызығушылық 1950 жылдардың басына дейін сақталды, бірақ бұл жобалар ұшу қашықтығы бойынша айқын артықшылықтарды ұсынбады және бірнеше техникалық мәселелер тудырды, нәтижесінде Convair B 36 және B 52 Stratofortress сияқты «дәстүрлі» шешімдер қабылданды. Практикалық тұрғыдан терең қанаттың қажеттілігіне байланысты, ұшушы қанат тұжырымдамасы баяу және орташа жылдамдықтағы ұшақтар үшін тиімдірек, және оны тактикалық әуе көлігі ретінде пайдалануға қызығушылық бар. 1980 жылдары ұшушы қанаттарға қызығушылық жаңадан оянды, себебі олардың радиолокациялық сәулелерді аз шағылыстыру қабілетіне байланысты. Жасырын технология (стелс) радар толқындарын тек белгілі бір бағыттарда ғана шағылыстыратын пішіндерге негізделген, осылайша радар қабылдағышы ұшаққа қатысты нақты позицияда болмаса, ұшақты анықтау қиынға түседі – ал ұшақ қозғалғанда бұл позиция үнемі өзгереді. Бұл тәсіл ақырында Northrop B 2 Spirit жасырын бомбалаушысының 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 қарастырылады. Ұшатын қанаттар субсоникалық жылдамдықтарда көтергіш емес беттерді жою арқылы круиздік тиімділікті максималды деңгейге көтеруге тырысады, ал көтергіш денелер көбінесе қанаттың қарсылығын және құрылымын азайтады. Бұл ұшу режимдерінің барлығы дұрыс ұшу тұрақтылығын қамтамасыз етуге қатысты қиындықтар тудырады. 1960 және 70-жылдары көтергіш денелер шағын және жеңіл экипаждық ғарыш кемесін құру құралы ретінде зерттеудің маңызды 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 экипаждық миссияға қызығушылығын жоғалтқандықтан қызығушылық азайды, ал ғарыш кемесінің жобалану кезінде негізгі даму тоқталды, себебі мұндай жоғары пішінделген фюзеляждарға жанар май бактарын орнату қиын болды.

Эмпеннаж және алдыңғы ұшақ

Классикалық аэродинамикалық бөлімді қанат ұшу кезінде тұрақсыз және басқаруы қиын. Иілгіш қанаттар көбінесе бекіту арқанына немесе төмен ілінген ұшқыштың салмағына сүйеніп, дұрыс қалыпты сақтайды. Кейбір еркін ұшу түрлері тұрақты бейімделген аэродинамикалық профильді немесе басқа да тапқыр механизмдерді, соның ішінде соңғы кезде электрондық жасанды тұрақтылықты пайдаланады. Тұрақтылықты және басқаруды қамтамасыз ету үшін, көптеген тұрақты қанаттардың түрлерінде көлденең және тік қозғалатын қанат пен рульден тұратын эпеннаж болады, сондай-ақ көлденең және тік қозғалатын стабилизатор мен лифт болады. Бұл басқару беттерін ұшудың әртүрлі кезеңдеріндегі басқару күштерін азайту үшін реттеуге болады. Бұл соншалықты кең таралғандықтан, бұл әдеттегі схема деп аталады. Кейде екі немесе одан да көп қанаттар болуы мүмкін, олар стабилизатор бойымен орналасқан. Кейбір түрлерінде негізгі қанаттың артында емес, алдында көлденең "канард" алдыңғы қанаты болады. Бұл алдыңғы қанат ұшақтың көтерілуіне, теңдестірілуіне немесе басқарылуына, немесе олардың бірнешеуіне әсер етеді.

Басқару құралдары мен аспаптар

Ұшақтарда күрделі ұшуды басқару жүйелері бар. Басты басқару құралдары ұшқышқа ұшу азымын (құлау, көтерілу және мойылу) және қозғалтқыштың итермелеуін басқару арқылы ұшақты әуеде бағыт беруге мүмкіндік береді. Пилоттық ұшақтарда кабина аспаптары ұшқыштарға ұшу деректері, қозғалтқыштардың жұмысы, навигация, байланыс және орнатылған басқа да ұшақ жүйелері туралы ақпарат ұсынады.

Қауіпсіздік

Қауіп бір жолаушы-километріне шаққанда өлшенгенде, әуе сапары автобуспен немесе пойызбен саяхаттауға қарағанда шамамен 10 есе қауіпсіз. Бірақ, сапар басына шаққан өлім-жітім статистикасын қолданғанда, әуе сапары көлікпен, пойызбен немесе автобуспен саяхаттауға қарағанда едәуір қауіпті. Сондықтан әуе сапарына арналған сақтандыру салыстырмалы түрде қымбат. Әуе лайнерлерінің және кішкентай жеке ұшақтардың қауіпсіздігі арасында үлкен айырмашылық бар, бір мильге шаққанда лайнерлер кішкентай ұшақтарға қарағанда 8,3 есе қауіпсіз болып табылады.

Қоршаған ортаға әсері

Барлық жану процестеріндей, жанармаймен жұмыс істейтін ұшақтар атмосфераға күйе және басқа да ластаушы заттарды шығарады. Көмірқышқыл газы (CO2) сияқты парниктік газдар да бөлінеді. Бұдан өзге, ұшақтардың қоршаған ортаға ерекше әсері бар: мысалы, тропопаузаға жақын биіктікте ұшатын ұшақтар (әсіресе ірі реактивтік авиалайнерлер) аэрозольдер шығарады және конденсациялық іздер қалдырады, олардың екеуі де циррус бұлттарының пайда болуын күшейтеді. Әуе тасымалының басынан бері бұлт жамылғысы 0,2%-ға дейін артқан болуы мүмкін. Тропопаузаға жақын биіктікте ұшатын ұшақтар сол биіктіктегі парниктік газдармен өзара әрекеттесетін химиялық заттарды, әсіресе озонмен әрекеттесетін азот қосылыстарын бөліп шығарады, бұл озон концентрациясын арттырады. Көптеген жеңіл поршеньді ұшақтар тетраэтилқорғасын (TEL) қосылған авиабензинмен жұмыс істейді. Кейбір төмен қысымды поршеньді қозғалтқыштар қорғасынсыз бензинмен, ал турбиналық және дизельдік қозғалтқыштар – қорғасын қажет етпейтін жанармаймен жұмыс істей алады. Қазірдің өзінде қоршаған ортаны ластамайтын жеңіл электрлік ұшақтар өндірілуде. Ұшақтардың қоршаған ортаға тигізетін тағы бір әсері – шуыл, ол негізінен ұшақтардың ұшып-қонуынан туындайды.