Действие центростремительной и центробежной сил можно легко проверить на опыте с вращением камня, если последний заменить ведерком с водой. При вращении вокруг некоторого центра ведерко будет описывать «мертвую петлю» и вода из него не выльется. Центробежная сила будет отбрасывать ведерко от центра к окружности, прижимать воду к донышку, как прижимает и летчика к сидению.
Форма петли, выполняемой на самолете, получается не круглой, а несколько вытянутой вверх. Это объясняется тем, что при подъеме на вершину петли скорость падает, и радиус кривизны траектории уменьшается. Во второй половине петли (при пикировании) скорость снова нарастает, и радиус опять увеличивается.
Кроме петли Нестерова и боевого разворота, на самолете можно выполнять и другие фигуры — так называемую горку, переворот через крыло, двойной переворот, называемый «бочкой» и т. д.
Фигурный (высший) пилотаж играет большую роль в подготовке летчиков. Цель его — научить летчика маневрировать в полете и развивать в нем уверенность в своих силах, выносливость, самообладание, бесстрашие.
Эту цель и ставил себе основоположник высшего пилотажа П. Н. Нестеров. Советские летчики — его достойные последователи.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вся история развития самолета — от его рождения до наших дней — это история борьбы за скорость полета. Дальнейшее развитие авиации, несомненно, будет также тесно связано с ростом скорости полета.
Полвека назад максимальная скорость полета была всего лишь около 100 километров в час, а в наше время она превышает 2000 километров в час. Как был достигнут этот замечательный успех авиации?
Сначала скорость росла благодаря непрерывному улучшению аэродинамических форм самолета и увеличению мощности его силовой установки. Однако к 40-м годам нашего века аэродинамические формы самолета были доведены уже до такого совершенства, что дальнейшее улучшение их могло дать лишь незначительный выигрыш в скорости. Увеличение мощности силовой установки также не сулило большой выгоды, так как с увеличением мощности возрастают вес и размеры поршневого двигателя, а это ведет к повышению веса самолета и его лобового сопротивления — в результате скорость увеличивается незначительно.
Мешали и другие причины, лежащие в самой природе полета с большими скоростями.
Воздух, как и всякий газ, легко подвергается сжатию. Сжимаемость воздуха мы часто наблюдаем в быту. Например, волейбольный мяч приобретает значительную твердость, когда в него накачивают много воздуха. Еще большую твердость приобретает автокамера, в которую воздух накачивают под большим давлением. Следовательно, сжатие воздуха получается тем больше, чем больше давление.
При сравнительно небольших скоростях полета (до 400–500 километров в час) давление воздуха перед самолетом хотя и повышается, но незначительно. Поэтому и сжатие воздуха тоже невелико. Но при больших скоростях, близких к скорости звука и тем более превышающих ее, давление и сжатие воздуха сильно возрастают[16].
Появляется дополнительное, так называемое волновое сопротивление, которое в несколько раз увеличивает лобовое сопротивление самолета. Для преодоления большого лобового сопротивления обычная силовая установка оказывается малопригодной.
Дело осложняется еще тем, что с увеличением скорости полета тяга воздушного винта неуклонно падает. Мало того, при очень больших скоростях полета лопасти винта тоже испытывают волновое сопротивление, поэтому полезная работа винта уменьшается.
Новый период в борьбе за скорость полета начался с появлением авиационных реактивных двигателей.
Существуют различные типы авиационных реактивных двигателей, но сила тяги возникает у них в общем одинаково. В камере сгорания двигателя (где сгорает жидкое горючее) давление нагретых газов повышено и они с большой силой выбрасываются наружу через отверстие — сопло. При этом с такой же силой газы давят и на стенку камеры сгорания двигателя, противоположную соплу. Это противодавление (реакция истечения газов) и является реактивной силой тяги, которая заставляет двигаться самолет в сторону, противоположную истечению газов из сопла.
Заметим, что воздушный винт по сути дела работает тоже на реактивном принципе — его лопасти, отбрасывая воздух назад, стремятся двигаться вперед. Однако здесь для получения реактивной тяги поршневой двигатель предварительно преобразует энергию топлива в энергию вращения винта. В реактивных же двигателях продукты сгорания горючего, выбрасываемые из сопла, непосредственно создают реактивную тягу. Поэтому реактивные двигатели, в отличие от винто-поршневых, называются двигателями прямой реакции.
Отличительной особенностью реактивных двигателей является то, что тяга их с увеличением скорости не падает, а даже немного увеличивается. Поэтому при больших скоростях полета реактивный двигатель оказывается гораздо выгоднее обычной силовой установки. Вот почему реактивному двигателю оказалось под силу преодолевать лобовое сопротивление самолета при больших скоростях.
Реактивным самолетам конструкторы придают несколько иные аэродинамические формы, чем винтовым, так как при больших скоростях приходится учитывать влияние сжимаемости воздуха на полет самолета.
Например, применяют стреловидные крылья, которые при больших скоростях полета аэродинамически выгодны.
С появлением реактивных самолетов скорость полета сразу возросла и продолжает расти сейчас[17].
В нашем военном воздушном флоте уже полностью наступила, как предсказывал К. Э. Циолковский, «эра аэропланов реактивных». На последних воздушных парадах в Москве участвовала почти исключительно реактивная авиация — от истребителей (рис. 31) до тяжелых бомбардировщиков.
Рис. 31. Советские реактивные истребители в полете.
В гражданском воздушном флоте, вероятно, еще некоторое время сохранят свое значение обычные винтовые самолеты. Они удобны на товаро-пассажирских воздушных линиях небольшой протяженности, а также во многих других областях применения самолета в народном хозяйстве, например, для борьбы с вредителями полей, для подкормки посевов, для охраны лесов от пожаров, для аэрофотосъемки, для исследовательской работы в разного рода экспедициях и т. д.
Но на воздушных линиях большой протяженности, а также на воздушных трассах, связывающих нашу страну с другими странами, теперь уже широко применяются реактивные многоместные самолеты-экспрессы ТУ-104 (рис. 32) конструкции А. Н. Туполева.
Рис. 32. Реактивный пассажирский самолет ТУ-104.
В последние годы А. Н. Туполевым и другими советскими конструкторами созданы еще более мощные воздушные корабли, снабженные турбовинтовыми двигателями (рис. 33).
Рис. 33. Турбовинтовой пассажирский самолет ТУ-114.
В таких двигателях почти вся мощность идет на вращение воздушного винта и лишь небольшая ее часть — на создание непосредственной реактивной тяги. Турбовинтовые двигатели экономичны и имеют ряд других достоинств.
Наши ученые и инженеры упорно работают также над созданием атомного авиационного двигателя. Теперь уже нет сомнения в том, что появление атомных самолетов — не за горами.
16
Скорость распространения звука у поверхности земли равна приблизительно 1200 километрам в час.
17
О реактивных самолетах см. популярную брошюру Гостехиздата: Л. К Баев и И. А. Меркулов, Самолет-ракета, издание третье, переработанное.
