Nuo seniausių laikų žmogus svajojo užkariauti dangų. Mitas apie Ikarą, kuris skraido iš paukščio plunksnų pagamintais sparnais, iliustruoja šį seną ieškojimą. XVI a. Leonardas da Vinčis nupiešė pirmuosius paukščių įkvėptus skraidančius aparatus. Tačiau tuo metu vienintelė turima varomoji jėga vis dar buvo raumenų jėga. XVII a. Dujų turbinų kūrimą tuomet užtemdė garo turbinų, kurios tuo metu buvo efektyvesnės, sėkmė. 1890 m. prancūzui Klemenui Aderiui (Clément Ader) pavyko pakelti į orą šikšnosparnių skrydžio įkvėptą garu varomą orlaivį „Éole”.
Būtent su propeleriu, suteikiančiu varomąją jėgą, prasidėjo lėktuvų aviacijos istorija. Iki Antrojo pasaulinio karo pabaigos, bei Korėjos karo pradžios jie dominavo aviacijoje. Vėliau juos keitė modernesni bei greitesni lėktuvai, tačiau ši rūšis neišnyko. Gal ji ir dingo iš karinės technikos rikiuotės, bet ir toliau yra naudojami civilinėje aviacijoje, dažniausiai kaip mažieji lėktuvai. Sraigto sukuriamos nedidelės jėgos pilnai užtenka pakelti nedidelį lėktuvėlį, pavyzdžiui, Cessna.
XX a. trečiajame dešimtmetyje rumunas Henri Coandă ir prancūzas Maxime’as Guillaume’as savo darbais atgaivino susidomėjimą reaktyvine jėaine. Šio oro užkariavimo pagrindas - revoliucinis išradimas: reaktyvinis variklis. Pirmąjį reaktyvinį variklį, arba turboreaktyvinį variklį, 1939 m. sukūrė vokiečiai. 1937 m. Whittle’as sukūrė naujovišką turboreaktyvinį variklį: užuot naudojęs stūmoklinį variklį orui suslėgti, jis įrengė turbiną, kuri panaudojo išmetamųjų dujų energiją kompresoriui varyti. Beveik tuo pat metu vokietis Hansas von Ohainas sukūrė panašų variklį bendrovei „Heinkel”. 1939 m. „Heinkel He-178” tapo pirmuoju pasaulyje reaktyviniu lėktuvu.
Antrasis pasaulinis karas paspartino technologinę pažangą. Vokietija ir Jungtinė Karalystė lenktyniavo dėl našumo, o Jungtinės Valstijos ir SSRS po 1945 m. sparčiai jas pasivijo. Pirmasis reaktyvinis lėktuvas - „Messerschmitt Me 262” - pradėtas eksploatuoti 1944 m. Vėliau, 1958 m. pristatytas pirmasis komerciškai sėkmingas keleivinis reaktyvinis lėktuvas Boeing 707. Modelio gamyba vyko net 21-erius metus, iki 1979 m., pagaminta 1010 tokių lėktuvų. Skirtingos versijos galėjo gabenti nuo 140 iki 219 keleivių.
Šiandien reaktyviniais varikliais varoma dauguma civilinių ir karinių orlaivių, kurie pasižymi greičiu, galia ir efektyvumu. Trečiasis Niutono dėsnis yra reaktyvinių variklių veikimo pagrindas. Kai lėktuvas dideliu greičiu išmetinėja dujas atgal, jos sukelia reakcijos jėgą (trauką), kuri varo lėktuvą į priekį.
Reaktyvinių variklių tipai ir veikimo principai
Suslėgtas oras patenka į degimo kamerą, kur jis sumaišomas su parafinu ir uždegamas. Iš kompresoriaus išeinančios dujos varo turbiną, esančią toje pačioje ašyje kaip ir kompresorius.
Išcentriniai ir ašiniai kompresoriniai turboreaktyviniai varikliai
- Išcentriniai kompresoriniai turboreaktyviniai varikliai: išcentriniai kompresoriniai turboreaktyviniai varikliai yra paprasti gaminti ir tvirti. Tačiau jiems reikalingas didelio skersmens variklis, todėl sumažėja galutinis orlaivio greitis.
- Ašiniai kompresoriniai turboreaktyviniai varikliai: šie varikliai yra galingesni, nes juose orą suspaudžia keli sraigtai. Tačiau jiems reikia pažangesnių medžiagų.
Turbokompresoriniai varikliai ir papildomas degimas
- Turbokompresoriniame variklyje priešais kompresorių yra ventiliatorius.
- Pirminis srautas: Pirminis srautas patenka į degimo kamerą, todėl tai yra karšto oro srautas. Išėjime šaltas oras susimaišo su karštu oru, todėl jis atvėsta.
- Privalumai: jų trauka didesnė, nes degalai pakartotinai įpurškiami į degimo kamerą - šis procesas vadinamas papildomu degimu.
- Trūkumai: Jiems veikti reikia pradinio greičio, o ilgainiui jie blogai pakelia ekstremalią temperatūrą.
Turboreaktyviniai varikliai didina trauką išmesdami kuo daugiau dujų. Turbosraigtiniai lėktuvai yra ekonomiškiausias sprendimas trumsiems skrydžiams. Turbosraigtiniai varikliai buvo sukurti sraigtasparniams.
Lėktuvų istorija ir technologinė pažanga
Lėktuvas - sunkesnis už orą orlaivis, turintis variklį ir keliamas sparnų. Lėktuvams priskiriami - viensparnis lėktuvas, dvisparnis lėktuvas (biplanas), trisparnis lėktuvas (triplanas). Lėktuvas, skirtas keleiviams gabenti, vadinamas oro laineriu arba keleiviniu lėktuvu. Kariniai ir civiliniai lėktuvai gali būti įvairios paskirties: keleiviniai, krovininiai, mokomieji, specialiosios paskirties (naudojami stichinių nelaimių atveju, gaisrams gesinti, ligoniams ar sužeistiesiems gabenti, geologinės žvalgybos).
Žmonės nuo senovės domėjosi skraidymu, tai matoma ir senovės graikų mite apie Dedalą ir Ikarą. Pasakose, kurios remiasi ne mokslu, o tikėjimu antgamtinėmis galiomis, skraidoma su kilimais, šluotomis. Vienas pirmųjų rašytinių šaltinių, bei brėžiniai, transporto priemonės kuri priminė lėktuvus, buvo XV a. Anglas George Cayley yra laikomas modernaus lėktuvo kūrėju. Jis pirmasis atrado keturių jėgų (svorio, traukos, keliamosios jėgos bei pasipriešinimo) svarbą orlaiviui bei 1799 m.
1903 m. gruodžio 17 d. broliai Raitai atliko pirmąjį skrydį sunkesniu už orą aparatu. Henri Fabre 1910 m. Per 1911-1912 m. Italijos-Turkijos karą italai pirmą kartą panaudojo lėktuvus kariniams tikslams. Pirmas bombardavimas įvyko 1911 m. Pirmasis pasaulinis karas paskatino visos aviacijos tobulėjimą. Lėktuvai pradėti naudoti ir aktyviems kariniams veiksmams, bombardavimai nebevyko tiesiog mėtant granatas, pradėtos kurti aviacinės bombos. 1915 m. 1919 m. birželį įvyko pirmasis skrydis be sustojimo per Atlanto vandenyną. Jį atliko britų lakūnai John Alcock ir Arthur Whitten Brown [5]. Modifikuotu Vickers Vimy dvimotoriu lėktuvu birželio 14 d. jie iš Niufaundlando salos pakilo skristi per Atlantą, po nepilnos paros nusileido netoli Golvėjaus Airijoje.
1947 m. spalio 14 d. 1952 m. 1968-1969 m. pristatyti pirmieji keleiviniai viršgarsiniai lėktuvai Concorde ir TU-144. Populiarumo nesulaukusį TU-144 aštunto dešimtmečio pabaigoje nustota eksploatuoti, o 2000 m. sudužus Concorde, šis patyrė nuosmukį, jo eksploatacija tapo per brangi ir 2003 m. 1988 m. pastatytas didžiausias pasaulyje krovininis lėktuvas AN-225. Šis šešių variklių lėktuvas buvo skirtas iškelti kosmines raketas, vėliau lėktuvas buvo modifikuotas bei pritaikytas kroviniams gabenti. Vienu metu AN-225 gali gabenti daugiau nei 200 tonų krovinių.[11] 2005 m. pirmąjį bandomąjį skrydį atliko Airbus A380 lėktuvas - didžiausias iki šiol pagamintas keleivinis lėktuvas.
Lėktuvo aerodinamika ir valdymo principai
Sparnas oro sraute. Lėktuvo variklis veikdamas sukuria traukos jėgą, dėl kurios lėktuvas juda oro atžvilgiu. Esant šiam judėjimui pakilti nuo žemės lėktuvui leidžia sparnai. Visų lėktuvų sparnai yra palyginus lankstūs, ir kai kurių lėktuvų jie gali keisti savo padėtį, tačiau sparnų judesiai lėktuve nenaudojami sukurti keliamajai jėgai. Pastaroji atsiranda dėl sparnus aptekančio oro (žr. Simetrinio profilio sparnai sukuria keliamąją jėgą tik esant teigiamam atakos kampui, t. y. kampui tarp sparno profilio stygos bei oro srauto. Asimetriniai sparnai gali sukurti keliamąją jėgą, kai atakos kampas yra 0° ar netgi neigiamas. Nors daugumos lėktuvų sparnai įtvirtinti nejudamai, tačiau yra lėktuvų, kurie gali suglausti sparnus, kad nutūpus juos būtų lengviau saugoti ar transportuoti (tai būdinga laivuose bazuojamiems lėktuvams). Dar mažiau lėktuvų (daugiausia kovinių) gali keisti sparnų padėtį skrisdami, parinkdami optimalią skridimo sąlygoms sparno geometriją.
Pagal sparno padėtį liemens atžvilgiu lėktuvai yra žemasparniai, vidursparniai, aukštasparniai, pagal uodegą sudarančias plokštumas - paprastieji (turi aerodinaminius posūkio į dešinę ir į kairę, aukščio ir posvyrio vairus), beuodegiai (neturi uodegos plokštumų), anties tipo (prieš sparną turi horizontalų stabilizatorių - profiliuotą aerodinaminį paviršių, suteikiantį lėktuvui išilginį pastovumą), su dvigubais stabilizatoriais, pagal liemens tipą - vienliemeniai (vienaukščiai ir dviaukščiai), dviliemeniai ir beliemeniai (skraidantieji sparnai), pagal kilimo ir tūpimo būdą - kylantys vertikaliai, trumpojo (nuo 200 m iki 0,5 km; priklauso nuo lėktuvo masės) ir įprastojo (iki 5 km; taip pat priklauso nuo lėktuvo masės) kilimo ir tūpimo, pagal pilotavimo būdą - nepilotiniai (valdomi kompiuterio arba operatorių iš žemės) ir pilotuojamieji (valdo pilotai).
Naujausios aviacijos technologijos ir ateities perspektyvos
Naujasis „Siemens“ elektrinis motoras išsiskiria geriausiu galios ir svorio santykiu pasaulyje - šis vos 50 kg sveriantis įrenginys geba išvystyti net 260 kW galią. Sėkmingas „Extra 330LE“ skrydis yra reikšmingas žingsnis siekiant sukurti elektra varomus keleivinius lėktuvus. Įvairiems bandomiesiems skrydžiams šis „Siemens“ elektrinis motoras naudojamas nuo 2016 m. 2016 m. balandžio mėnesį „Siemens“ ir „Airbus“ pasirašė susitarimą, pagal kurį bendradarbiaus kurdamos pirmą hibridinį elektrinį keleivinį lėktuvą trumpiems skrydžiams. Tikimasi, kad toks lėktuvas, kuris galėtų gabenti iki 100 žmonių ir įveikti atstumą iki 1000 km, į orą galėtų pakilti apie 2030 metus.
„Tai yra įrodymas, kad komercinė aviacija grynai elektriniu pavidalu taip pat gali veikti“, - sakė Sietle (JAV) įsteigtos inžinerijos bendrovės „magniX“ vadovas Roei Ganzarskis. Ši įmonė, bendradarbiaudama su regionine Kanados aviacijos paslaugų bendrove „Harbour Air“, suprojektavo lėktuvo variklį. R.Ganzarskis tvirtina, kad naujoji lėktuvų technologija aviacijos įmonei leis sutaupyti labai daug lėšų, jau nekalbant apie tai, kad šiltnamio dujų emisijos skrydžio metu sumažinamos iki nulio. „Tai yra naujo aviacijos amžiaus pradžia“, - žurnalistams teigė „magniX“ vadovas. Civilinė aviacija - vienas greičiausiai augančių šiltnamio dujų šaltinių: žmonės vis dažniau keliauja oru, o naujos technologijos, sparčiai vystomos automobilių pramonėje, į orą kyla sunkiai. Vieno keleivio vidutinė gamtosauginė kaina yra 285 gramai CO₂ už kiekvieną skrydžio kilometrą - gerokai didesnė, nei bet kurios kitos transporto formos, tvirtina Europos aplinkos apsaugos agentūra. Šios dujų emisijos prisideda prie globalinio atšilimo.
Didžiausias tokių elektrifikuotų variklių trūkumas - skrydžio atstumas: toks lėktuvas, kurį pilotavo G.McDougallas, vienu akumuliatoriaus įkrovimu gali nuskristi tik maždaug iki 160 kilometrų. Nors tai - labai nedaug, tačiau daugumai „Harbour Air“ maršrutų to visiškai pakanka. „Skrydžio atstumas dar nėra toks, kokio norėtume, tačiau jis pakankamas, kad pradėtume revoliuciją“, - sakė R.Ganzarskis, prognozuojantis, kad ilgainiui bus sukurti ir elektriniai varikliai, skirti ilgiems lėktuvų skrydžiams. O kol pasaulis laukia tokių pažangesnių variklių, Vankuverio apylinkių gyventojai galės mėgautis gerokai pigesniais vietiniais elektriniais skrydžiais - tai gali pakeisti jų gyvenimo būdą ir darbo įpročius. „Jeigu žmonės yra pasiryžę į darbą vairuoti visą valandą, tai kodėl jiems ten nenuskridus per 15 minučių“, - klausia R.Ganzarskis.
Conservation of Angular Momentum
Įmonės „FL Technics“ orlaivių periodinio aptarnavimo paslaugų specialisto Viliaus Grigo pasakojimu, prieš porą dešimtmečių lėktuvų variklių tvirtumas būdavo tikrinamas neįprastais būdais. „Variklis būdavo pakabinamas ant specialaus stendo, paleidžiamas darbiniu režimu ir iš tam tikros katapultos į jį pradedama „šaudyti“ šaldytomis vištomis. Taip atvaizduojamas lėktuvo susidūrimas su paukščiais skrydžio metu“, - sako V.
