Кіріспе

Аэронавтика – әуеде ұшуға қабілетті машиналарды зерттеу, жобалау және өндірумен айналысатын ғылым немесе өнер, сондай-ақ атмосферада ұшақтар мен зымырандарды пайдалану техникасы. Британдық Корольдік Аэронавтикалық Қоғам «Аэронавтика өнері, ғылымы және инженериясы» және «Аэронавтика мамандығы (бұл тұжырымға Астронавтика да кіреді)» аспектілерін анықтайды. Бұл термин бастапқыда ұшақты пайдаланумен ғана байланысты болған, бірақ кейіннен технология, бизнес және ұшақтарға қатысты басқа да салаларды қамтыды. «Авиация» термині кейде «аэронавтикамен» мағынасы жағынан алмастырылып қолданылады, алайда «аэронавтика» әуе кемелері сияқты ауырлығынан жеңіл ұшатын аппараттарды және баллистикалық аппараттарды қамтиды, ал «авиация» техникалық тұрғыдан мұндай аппараттарды қамтымайды. Қазіргі заманғы аэронавтиканың негізін қалаушылар – Ренессанс дәуірінде өмір сүрген Леонардо да Винчи және 1799 жылы зерттеулер жүргізген Кейли, екеуі де өз зерттеулерін құстардың ұшуын зерттеуден бастады. Ежелгі Қытайда адамды көтеруге арналған желкендер кеңінен қолданылған деп саналады. 1282 жылы итальяндық саяхатшы Марко Поло сол кездегі қытайлық техниканы сипаттаған. Қытайлықтар сондай-ақ ыстық ауа шары немесе фонарь және айналмалы қанатты ойыншықтар жасады. Ұшу туралы ғылыми тұжырымдарды алғаш білдірген еуропалық ғалым – Роджер Бэкон болды, ол болашақта құрастырылатын жеңіл ауа шары мен қанат қағып ұшатын орнитоптердің жұмыс істеу принциптерін сипаттады. Оның шары үшін көтеруші орта – құрамы белгісіз «эфир» болуы керек еді. Он бесінші ғасырдың соңында Леонардо да Винчи құстарды зерттеуді жалғастырып, алғашқы ұшу машиналарын, соның ішінде қанат қағып ұшатын орнитоптер мен айналмалы қанатты тікұшақты жобалады. Оның жобалары логикалық болғанымен, олар аса тиімді ғылымға негізделмеген. Оның көптеген жобаларында, мысалы, төрт адамдық бұрандалы тікұшақта, елеулі кемшіліктер бар. Дегенмен, ол «Кез келген дене ауаға қанша қарсылық көрсетсе, ауа да соған дәл сондай қарсылық көрсетеді» екенін түсінген. (Ньютон үшінші қозғалыс заңын 1687 жылға дейін жарияламады.) Оның талдауы адам күшінің ұшу үшін жеткіліксіз екенін түсінуге әкелді, ал кейінгі жобаларында серіппе сияқты механикалық қуат көзі қарастырылды. Да Винчидің еңбектері оның өлімінен кейін жоғалып, Джордж Кейлидің жұмыстарынан кейін ғана қайта пайда болды.

Баллонмен ұшу

Қазіргі заманғы ауадан жеңіл ұшу 17 ғасырдың басында Галилейдің ауаның салмағы бар екенін көрсеткен тәжірибелерімен басталды. 1650 жылы Сирано де Бержерак бірнеше фантастикалық романдар жазды, онда ол ауадан жеңіл деп саналған затты (тамшыны) пайдаланып көтерілу қағидатын сипаттады және заттың бақыланатын мөлшерін босату арқылы төмен түсуді көрсетті. Франческо Лана де Терци теңіз деңгейіндегі ауа қысымын өлшеді және 1670 жылы барлық ауасы сорылған қуыс металл шарлар түріндегі алғашқы ғылыми тұрғыдан сенімді көтергіш ортаны ұсынды. Бұл шарлар ауадан жеңіл болып, әуе кемесін көтеруге қабілетті еді. Оның биіктікті бақылау әдістері бүгінге дейін қолданылады: биіктікті арттыру үшін борттан тасталатын балласты тасымалдау және биіктікті төмендету үшін көтергіш контейнерлерді желдету арқылы. Іс жүзінде де Терцидің шарлары ауа қысымының әсерінен құлдырап кетер еді, ал одан әрі дамуға тиімдірек көтеру газдарының күтілуі қажет болды. 18 ғасырдың ортасынан бастап Францияда Монгольфье ағайындары ауа шарымен тәжірибе жасауды бастады. Олардың шарлары қағаздан жасалған, ал көтергіш газ ретінде буды пайдаланудың алғашқы тәжірибелері будың қағазға тигізетін әсеріне байланысты қысқа ғана болды. Буды түтін деп қателесіп, олар шарларын ыстық түтінді ауамен толтыра бастады, оны «электр түтіні» деп атады және принциптерді толық түсінбесе де, бірнеше сәтті ұшырулар жасады және 1783 жылы француз ғылым академиясына демонстрация жасауға шақырылды. Сонымен қатар, сутектің ашылуы шамамен 1780 жылы Джозеф Блэкті оны көтеру газы ретінде қолдануға ұсынды, бірақ тәжірибелік демонстрация газ өткізбейтін шар материалының күтілуін қажет етті. Монгольфье ағайындарының шақыруын естіген француз академиясының мүшесі Жак Шарль сутекті шардың ұқсас демонстрациясын жасады. Шарль және екі шебер, Роберт ағайындары, конвертке газ өткізбейтін резеңкеленген жібек материал жасады. Сутек газы толтыру процесінде химиялық реакция арқылы өндіріледі. Монгольфье жобаларында бірнеше кемшіліктер болды, ең бастысы құрғақ ауа райының қажеттілігі және оттан шыққан ұшқыштардың қағаз шарды тұтандыру қаупі. Адам тасымалдайтын жобада алғашқы, адамсыз жобаның аспалы себеті емес, шардың төбесінің айналасында галерея болды, бұл қағазды отқа жақындатты. Олардың еркін ұшуы кезінде Де Розье мен д'Арландтар отты сөндіру үшін су шұңғырлары мен сүгірлерді алып жүрді. Ал Шарльдің адам тасымалдайтын конструкциясы заманауи болды. Осы жетістіктерінің нәтижесінде ыстық ауа шары Монгольфье типті, ал газ шары Шарлиер деп аталды. Шарль мен Роберт ағайындарының келесі шары, Ла Каролина, Жан Батист Мюньенің созылған дирижабль шарларына қатысты ұсыныстарын орындаған Шарлиер болды және екінші, ішкі шарықта газбен сыртқы конверті болғандығымен ерекшеленді. 1784 жылдың 19 қыркүйегінде ол Париж бен Беври арасында 100 км-ден астам қашықтықты ұшып өткен алғашқы ұшуды аяқтады, бірақ адам күшімен жұмыс істейтін қозғалтқыш құрылғылары пайдасыз болып шықты. Келесі жылы төзімділікті және басқаруды қамтамасыз ету үшін де Розье ыстық ауа мен сутек газының екі бөлімі бар шарды жасады, бұл дизайн көп ұзамай оның есімімен Розье деп аталды. Принцип сутегі бөлімін тұрақты көтеріп тұру үшін пайдалану және ыстық ауа бөлімін қыздырып және салқындатуға мүмкіндік беру арқылы тік бағытта жүзу, кез келген биіктікте ең қолайлы желді ұстап алу үшін болды. Шардың қаптамасы алтын қағазбен қапталған теріден жасалған. Бірінші ұшу апатқа ұшырады және бұл тәсіл содан бері сирек қолданылады.

Кейли және заманауи авиация негіздері

Джордж Кейли (1773–1857) қазіргі заманғы авиация ғылымының негізін қалаушы ретінде кеңінен танылады. Ол 1846 жылы алғаш рет "ұшақтың әкесі" деп аталды, ал Хенсон оны "әуедегі навигацияның әкесі" деп атады. Ол әуедегі ұшудың негізгі принциптері мен күштерін алғаш рет жариялаған, ғылыми зерттеулер жүргізген алғашқы адам болды. 1809 жылы ол "Әуедегі навигация туралы" (1809–1810) атты маңызды үш бөлімді трактат жариялай бастады. Онда ол мәселенің алғашқы ғылыми тұжырымын былай деп жазды: "Бүкіл мәселе осы шектерге сыяды, атап айтқанда, ауаның қарсылығына күш қолдану арқылы белгілі бір салмақты ұстап тұруға қабілетті бет жасау". Ол ұшаққа әсер ететін төрт векторлық күшті – итеру күшін, көтерілу күшін, қарсылық күшін және салмақты анықтады, сондай-ақ өзінің конструкцияларында тұрақтылық пен басқаруды ерекшеледі. Ол горизонтальды және вертикальды беттері бар тұрақтандырушы құйрығы бар, қазіргі заманғы, дәстүрлі қанатты ұшақтың түрін жасады, пилотсыз және пилоттық желкендерді сынап көрді. Ұшудың аэродинамикасын зерттеу үшін айналмалы қол сынақ құрылғысын пайдаланды, оның көмегімен өзінің алғашқы желкенінде қолданған жалпақ қанатқа қарағанда қисық немесе иісті аэродинамикалық профильдің артықшылықтарын анықтады. Ол диэдральдық бұрыш, диагональді тіреу және қарсылықты азайтудың маңыздылығын анықтады және сипаттады, сондай-ақ орнитоптерлер мен парашюттерді түсінуге және жобалауға үлес қосты. Тағы бір маңызды өнертабысы – кернеулі спицалы дөңгелек, ол ұшақ шассиі үшін жеңіл, берік дөңгелек жасау мақсатымен ойлап тапты.

XIX ғасыр: Отто Лилиенталь және алғашқы адам ұшулары

19 ғасырда Кейлидің идеялары жетілдіріліп, дәлелденіп, кеңейтілді, нәтижесінде Отто Лилиентальдың еңбектері туды. Лилиенталь – "ұшатын адам" деп танымал болған неміс инженері және кәсіпкер. Ол планерлермен жақсы құжатталған, қайталап жасалған, сәтті ұшуларды бірінші болып жүзеге асырып, "ауадан ауыр" идеясын шындыққа айналдырды. Газеттер мен журналдар Лилиентальдың ұшуларының суреттерін жариялап, ұшқыш машиналардың пайдалы болу мүмкіндігі туралы қоғамдық және ғылыми пікірге жағымды ықпал етті. Оның жұмысы қазіргі заманғы қанаттың тұжырымдамасын жасауға әкелді. 1891 жылы Берлинде жасаған ұшу әрекеттері адамның ұшу тарихының бастауы ретінде қарастырылады, ал "Лилиенталь Нормальзегелапараты" сериялық өндірістегі алғашқы ұшақ болып саналады, бұл Берлиндегі Maschinenfabrik Otto Lilienthal компаниясын әлемдегі алғашқы ұшақ өндіруші компанияға айналдырды. Отто Лилиенталь көбінесе "авиацияның әкесі" немесе "ұшудың әкесі" деп аталады. Басқа маңызды зерттеушілердің қатарында Хорацио Филлипс та бар.

Филиалдар

Аэронавтиканы авиация, әуе ғылымы және әуе техникасы деп үш негізгі салаға бөлуге болады.

Әуе қатынасы

Авиация – аэронавтика өнері немесе практикасы. Тарихи тұрғыдан алғанда, авиация ауыр ұшақтармен ұшуды ғана білдірген, бірақ қазіргі кезде ол шарлармен және дирижабльдермен ұшуды да қамтиды.

Аэротехникалық техника

Аэронавтикалық инженерия – ұшақтардың жобалануы мен құрылысын, оның ішінде оларды қуаттандыру, пайдалану және қауіпсіз жұмыс істеу үшін басқару тәсілдерін қамтиды. Аэродинамика – ауа ортасымен қозғалу ғылымы. Ғарышқа ұшу қызметінің артуына байланысты, қазіргі таңда аэронавтика және астронавтика жиі аэроғарыш инженериясы ретінде біріктіріледі.

Ракеталық техника

Ракета немесе ракеталық көлік – ракеталық қозғалтқыштан итеру күші алатын зымыран, ғарыш кемесі, ұшақ немесе басқа да көлік құралы. Барлық ракеталардағы газ шығару, ракета қолданылғанға дейін оның ішінде тасымалданған отын компоненттерінен ғана құралады. Ракеталық қозғалтқыштар әрекет және реакция принципі бойынша жұмыс істейді. Ракеталық қозғалтқыштар ракеталарды алға жылға жылдамдырып, газды өте жоғары жылдамдықпен артқа шығарады. Әскери және ойын-сауық мақсатындағы ракеталар кем дегенде 13 ғасырдағы Қытайда пайда болған. Маңызды ғылыми, планетаралық және өнеркәсіптік қолданыс 20 ғасырда басталды, сол кезде ракета технологиясы ғарыш дәуірінің дамуына мүмкіндік берді, соның ішінде Айға адамның қонуына да. Ракеталар фейерверктерде, қару-жарақ ретінде, катапульталық креслоларда, жасанды спутниктерді ұшыруға, адамды ғарышқа жіберуге және басқа планеталарды зерттеуге қолданылады. Төмен жылдамдықпен қолдануға қарағанда тиімді болмаса да, олар жеңіл және қуатты, үлкен үдеуді қамтамасыз етеді және жоғары жылдамдыққа қол жеткізе алады. Химиялық ракеталар – ракеталардың ең көп таралған түрі және олар әдетте ракета отынының жануы арқылы газ шығарады. Химиялық ракеталар энергияның көп мөлшерін оңай босатылатын түрінде сақтайды және өте қауіпті болуы мүмкін. Дегенмен, мұқият жобалау, сынау, құрастыру және пайдалану қауіптерді азайтуға көмектеседі.