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技术历史、技术、我们身边的事物
航海者飞机。 发明和生产的历史
Voyager Model 76 是第一架无需加油即可不间断环球飞行的飞机。 首席设计师 - Bert Rutan。 这架飞机由设计师的哥哥迪克·鲁坦（Dick Rutan）和珍娜·耶格尔（Jeana Yeager）驾驶。 这架飞机于4600年14月1986日从莫哈韦爱德华兹空军基地23米长的跑道起飞，并于9天3分44秒后的XNUMX月XNUMX日安全降落在跑道上。 飞行期间，飞机飞行了 42 公里（FAI 计入的距离为 432 公里），平均高度为 40 公里。 这一纪录最终打破了美国空军 B-212 机组人员在 3,4 年创下的 52 英里（12 公里）纪录。 这架飞机专为长途旅行而设计。 因此，他被命名为“航海者”——“旅行者”。 美国飞行员在航海者号上的创纪录飞行不能不引起钦佩。 这架飞机由试飞员迪克·鲁坦和 34 岁的体育飞行员吉娜·耶格尔驾驶。 他们在空中飞行了 23 天 1986 分钟，于 XNUMX 年 XNUMX 月 XNUMX 日降落在美国爱德华兹空军基地，从那里开始飞行。 航海者号在 40 天内飞行了 500 公里。 专家声称他可以再飞XNUMX公里。
人类无时无刻不在寻求征服新的领域。 世界上第一个飞行距离记录是在 220 世纪初由巴西人 Alberto Santos-Dumont 创造的，他驾驶自己设计的飞机飞行...... 25 米。 由苏联飞机设计师安德烈·尼古拉耶维奇·图波列夫开发的 ANT-1937 可以被认为是航海者号的特殊前身。 Chkalovsky 记录在那个时代非常棒，它为苏联科学的发展提供了强大的推动力。 全世界都为苏联飞行员喝彩，他们在 XNUMX 年从苏联通过北极直飞美国。 航海者号的航行也引起了五角大楼的注意。 他的发言人回忆说，之前的世界直线飞行记录是在 1962 年在美国空军 B-52 轰炸机上创造的。 随后美国“飞行堡垒”在东京起飞，降落在西班牙的美国空军基地，飞行了两万多公里。 由复合材料制成的实验飞机最杰出的代表是设计师 Bert Rutan 设计的两架飞机：波音公务机 Beechcraft Starship-1 和破纪录的远程飞机 Rutan Voyager。 这些飞机中的第一架于 1983 年生产，是在计算机的帮助下设计的，而具有更高技术指标的碳纤维被用作主要结构材料。 根据方案，Beechcraft Starship-1 飞机是双引擎“鸭子”飞机，间隔垂直尾翼位于机翼末端，同时起到端垫圈的作用。 1981 年，Rutan 开始研制航海者飞机，该飞机旨在不间断地环游世界。 伯特·鲁坦 (Bert Rutan) 位于加利福尼亚州莫哈韦 (Mojave) 的家中简朴的客厅成为了飞行准备的总部，并为此服务了整整五年。 他的兄弟迪克和前绘图员吉娜耶格尔与他一起工作。 一直以来，在当地机场的 77 号机库里，志愿者们络绎不绝。 许多当地居民表达了他们希望帮助建造飞机的愿望。 兄弟俩特别自豪的是，他们自费将自己的想法付诸实践，没有从政府那里得到一分钱。 但是，如果怀疑他们完全无私，那就大错特错了。 随着 Voyager Aircraft Incorporated 的成立，Rutans 制定了一项计划，以收回他们的钱，甚至从表演航班和广告中获利。 例如，Mobile Oil Corporation 为 Voyager 的发动机提供了一种新的合成油，以换取在其产品手册上使用飞机图像的权利。 迪克于 1984 年 30 月进行的第一次试飞持续了 14 分钟。 飞机不着陆的最长预计飞行时间为45060天，长度为XNUMX公里。 但是绝对距离记录——没有着陆和没有加油的飞行——发生在两年后。 飞行距离主要取决于燃油重量与飞机起飞重量的比值。 空的航海者飞机的质量只有 840 公斤，燃料质量为 4052 公斤。 起飞重量为 5137 公斤。 航海者号起飞重量的 72% 是燃料！ 相比之下，现代远程客机的相对燃油重量约为 40%，而 25 年代的奇迹 ANT-1930 的燃油重量比为 52%。 在美国媒体上，它被称为“飞行油箱”并非没有道理。 增加燃料供应对于小型飞机来说是一个特别困难的问题。 毕竟，它们没有足够的内部容积来容纳如此大量的燃料供应。 在航海者号上，通过使用双光束布局方案增加了燃料量。 除了主要在机翼以及机身和水平尾翼中的传统集装箱外，还使用了这两个梁的附加集装箱。 另一个重要任务是减轻空飞机的重量。 使用具有最高特性的最新复合材料有助于减轻结构的重量。 因此，主要使用的碳纤维比钢强五到十倍，比传统铝合金轻得多。 应用的双梁布局也有助于减轻结构的重量，因为正如他们所说，这些梁“卸载”了机翼（减少了沿机翼的弯矩，因为在机翼中加载了一个力矩而产生的空气动力。与内容物的梁的重力相反的方向，向下）。 电厂、设备、设备的重量有所下降。 所有这些都有助于减少所需的推力或发动机功率，从而减少它们的重量和燃料消耗。 增加飞行距离的另一种方法是改善飞机的空气动力学。 这使您可以选择动力更小、同时更轻、油耗更低的发动机。 由于航海者是一种低速飞机，很大一部分气动阻力是所谓的诱导阻力，它是由翼尖处的涡流形成引起的，并随着翼展的增加而减小。 为了对抗它，飞机上安装了一个展弦比为 33,8（跨度与平均弦宽之比）的极长机翼，而在现代客机中，机翼展弦比通常不超过10. 带有驾驶舱和两个活塞发动机的吊舱位于机翼上。 130马力的带牵引螺旋桨的风冷前置发动机用于起飞，而110马力的后置液冷发动机用于主飞行。 这些发动机由 Teledine Continental 为五角大楼的无人侦察机制造。 “......设计师 B. Rutan 的最大发现，”V.A. Kiselev 在“技术与科学”杂志上写道，“是在航海者号上开发和应用两个引擎的概念。已经注意到，为了节省燃料，你需要使用发动机最小功率。但是在飞行到远处的过程中，由于燃料耗尽，飞机的重量减轻了。航海者也有创纪录的减少 - 5倍！因此，希望将发电厂功率降低这 5 倍。由于如此显着的节流和减少发动机转数而降低功率是无利可图的；比油耗增加；希望以接近计算的转数飞行。在这种情况下，在飞行初期使用两台工作发动机非常有益，而在剩下的时间里，当油耗降低飞机重量时，只使用一台发动机是非常有益的。” 因此，航海者号的平均油耗仅为每公里 91 克。 这与直固力型普通乘用车的消耗量差不多。 但是这架飞机重了好几倍，而且没有开车，而是以平均每小时185公里的速度飞行。 两台发动机，这样不仅省油，还增加了安全性。 如果您需要克服雷暴锋面或山峰，它们还允许您在紧急情况下增加功率。 显然，两个引擎的概念是最终实现成功的最后一个环节。 “在机翼上放置两台发动机是不可能的，”Kiselev 继续说道，“毕竟，在飞行的大部分时间里只有一个发动机工作，它会产生不对称的推力。这意味着两个螺丝必须沿着对称轴定位飞机的。使用两个同轴螺钉，每个螺钉都与自己的发动机一起旋转，不好：从后发动机到螺旋桨需要一根又长又重的轴；一个停止的螺旋桨会降低另一个的效率。那么，也许，将螺旋桨和发动机沿机身末端展开？这种方案是行不通的，因为在起降过程中，后螺旋桨要么着地，要么为了避免这种情况，需要长而重的起落架，这显然是无利可图。然后让我们将后螺旋桨向前移动，缩短机身，但不向前移动水平尾翼单元（GO），而不缩短其肩部。这可以通过将 GO 固定在两个额外的机身横梁上来实现。最终的布局已经满足两个引擎的考虑概念。但是让我们注意最佳形状航海者的机翼。 它很长很窄（有一个小弦）。 在这么小的弦上，很难保证机身和两根横梁的紧固刚性； GO和机翼的相对变形会很明显，这会恶化飞机的稳定性和可控性。 此外，螺旋桨的气流中有一个 GO，虽然它可以改善操控性，但会降低螺旋桨的推力。 超远程飞机的最后一种情况具有更显着的负值。 在这种情况下，B. Rutan 找到了一个独创的解决方案：交换机翼和 GO，即从通常的带有尾巴的空气动力学方案转到“鸭子”方案，其中 GO 在机翼前面. 现在前GO连接了横梁和机身本身，也就是对机身横梁的附加支撑。 这种方案提供了 GO 相对于机翼的更大刚度和更小的角度变形。 现在没有什么能减慢后主发动机螺旋桨的流动速度。 因此，B. Rutan 找到的解决方案是最有利可图的、最优的。” 当一架飞机首次从莫哈韦机场的 77 号机库推出时，聚集在一起的专家和记者被它与一只巨大的化石鸟——翼龙的奇怪相似之处所震惊。 14 年 1986 月 70 日，航海者号在跑道上以每小时 90 英里的速度运行（后来航海者号的飞行速度为每小时 150 到 XNUMX 英里），有一段时间无法起飞。 机翼满载燃料，尽管其抗弯刚度增加，但偏转非常大。 在飞机起飞结束时，当机翼开始发生强烈的弹性弯曲振荡时，控制台的振荡端在跑道表面发生了几次撞击。 机翼末端护罩脱落：左侧在地面，右侧在空中。 然而，由于这些“小事”，决定不中断飞行。 V. Biryukov 在《自然与人类》杂志上详细谈到了航海者号的飞行：“……迪克在飞行的头两天几乎总是在航海者号上度过。太平洋上空的飞行没有遇到任何特别的困难，然后更远，在马来西亚，印度洋上空，最重要的是在非洲领土上空，旅行者遇到了强烈的大气动荡区域...... ... 机组人员被迫突然改变航向（有时高达 90 度），并匆忙上下或上升，以逃离阴险的湍流。 在菲律宾群岛旅行的第三天，在留在莫哈韦机场的探险医生的坚持下，出现了一个难得的时刻，自动驾驶仪被打开了。 迪克和吉娜得到了休息的机会。 驾驶舱非常小——70x210x140 厘米，以至于迪克头靠在飞行员座位上打瞌睡，吉娜躺在他的右边，周围有许多飞行所需的仪器和物品。 驾驶舱里没有的东西：油箱开关（船上只有 16 个）、紧急手动燃油泵、自动和强制为发动机加油、对讲机、导航仪器、两罐饮用水（40 升） ), 有规定的容器。 在整个九天的飞行中，伴随着旅客的另一个困难是发动机震耳欲聋的噪音。 莫哈韦地面上的飞行控制员通过卫星与航海者保持无线电联系，或使用恰好靠近旅客的客机中继服务。 他们报告说，迪克和吉娜没有立即回应无线电请求。 飞行员通常至少需要五分钟才能收集他们的想法。 航海者号正飞越大西洋中部，向拉丁美洲海岸驶去时，驾驶舱仪表板上突然亮起了红灯。 后置发动机很热，油压下降。 很快，引擎，打了好几次喷嚏，就熄火了。 地面管制员送上飞机：“注意！准备紧急着陆”——并开始计算巴西哪个机场可以成功，吉娜和迪克，他们在大西洋西部的顺风中得到了一点休息，被不愉快的消息淹没了。 但几分钟后，机组人员高兴地通知地面飞行将继续。 厌倦了与元素作斗争，飞行员忘记了及时给发动机加油。 错误已得到纠正，发动机能够启动。 在路线的最后阶段，当航海者号在美国和墨西哥西海岸的飓风之间潜行近一天半后，接近爱德华兹空军基地时，燃料供应突然停止。 并在同一个命运多舛的后置发动机中。 吉娜爬到齐腰深的右翼，关掉自动泵，在手动泵的帮助下开始加油。 但不幸并没有就此结束——首发失败了。 迪克打开自动驾驶仪，爬到左翼，那里有电气系统的保险丝。 这时候，启动器才开始工作，然后，经过一番大惊小怪，电机也开始工作了。 然后自动燃油泵打开，吉娜能够回到驾驶舱的座位上。 最终，迪克和吉娜在持续的噪音、剧烈的搅动和小驾驶舱的不便中度过了为期 XNUMX 天的艰巨考验，并在爱德华兹空军基地以优异的成绩完成了这次历史性的飞行。 作者：Musskiy S.A.
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