A repülőgépek fejlődése
2001/08/27 08:00
7248 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.
A repülés utáni vágy mindig is élt az emberekben. Nagyon sok tudós és amatőr kutató foglalkozott a témával. Ez a kis dolgozat a repülőgépek fejlődését követi végig. A szerző - aki a nyíregyházi Bánki Donát Műszaki Középiskola 12. évfolyamos hallgatója - nagyon sok forrást dolgozott fel, hogy aztán olvasmányosan elénk tárja ezt a sokak számára érdekes témát.

A repülőgépek fejlődése

A repülés utáni vágyakozás

Talán a repülés az egyik legrégibb vágya az emberiségnek, mely csak a múlt század végén teljesülhetett. Biztosan állíthatjuk, hogy a legrégibb ember is irigyen nézte a madarakat, hogy azok miként szelik Földünk hatalmas levegőtengerét. Azt viszont nem tudja senki, hogy ki, mikor és mivel próbált meg először repülni. Valószínűleg mindig élt olyan ember - vagy emberek-, aki hitt a repülés megvalósíthatóságában, és nem adta fel elhatározását, de közbeszólt - régebben - a kor technikai fejlettsége, ami negatív eredményt hozhatott - hozott -.

A legrégibb emlék, amely ember repülésével foglalkozhatott az egy pecséthenger, és Etana mennybemenetelét rögzíti. Ez kb. i.e. 2000 körüli, és egy mondát örökít meg, ami arról szól, hogy Etana miként indul Anu isten színe elé az égbe.

Legendák

A legismertebb legenda Daidalosz és Ikarosz történetét meséli el. ok Minosz krétai király fogságában voltak, ahonnan az egyetlen szökési mód a repülés volt. Daidalosz készített madártollakból szárnyakat. Szökés közben Ikarosz túl közel repült a Naphoz, és az megolvasztotta a tollakat összetartó viaszt. Ikarosz a tengerbe zuhant és meghalt. Daidalosz emiatt nem szállt föl többet.

A repülés különböző módjait több vallás könyveiben megtalálhatjuk. Pl.: a Bibliában Krisztus egy felhő hátán szállt a mennybe. és Shun kínai császár volt képes először arra, hogy repüljön.

Középkori gondolatok a repülésről

A középkorban nagy mértékben izgatta az embereket a repülés gondolata, és úgy vélték, hogy csak az képes repülni, aki természetfölötti képességekkel rendelkezik. Szerintük varázslók és boszorkányok - akik az ördöggel cimborálnak- tudnak repülni, ezért a boszorkányüldözések idején a nők be nem bizonyított éjszakai repüléseiért halálbüntetés járt. Ehhez elég volt egy rosszindulatú szomszéd, aki "beperelte" az ártatlan nőt. Az esti seprűnyeles utakat Heinrich Institoris és Jakob Sprenger jelentette meg Boszorkányok pörölye címmel. E könyv miatt hirtelen megnőtt a boszorkányperek száma, és a szegény asszonyok máglyán végezték.

Dr. Johannes Faust egy német varázsló szellemidézéseivel és repülési kísérleteivel vált híressé. Az ő története az idők során megváltozott.

Az első találmányok

Az első próbálkozások során a madarak repülési technikáját próbálták lemásolni. Késobb - a fizika fejlődésével - kiderült, hogy az ember ereje a repüléshez nem elég. Nem maradt más, mint a gépek. Itt ismét gondok merültek föl, mivel megfelelő motor nem állt rendelkezésre.

A feltalálók a levegőnél könnyebb szerkezetek felé fordultak. Az első sikeres eredményt a Montgolfier fivérek érték el 1783-ban Franciaországban. Gyors fejlődésnek indultak, ami eredményeképp nem meleg levegővel, hanem hidrogénnel töltötték meg szerkezeteiket.

A legeredményesebb és leghasználhatóbb találmányterveket Leonardo da Vinci (1452-1519) készítette. Ő már nem csak merev, hanem merev szárnyú szerkezetekre is gondolt. Tervezett egy pár ma is használatos (repülésben) dolgot, de ő maga sohasem próbálkozott meg repülni.

Sok szerencsétlen kísérlet után Sir George Cayley (1773-1857) épített egy szerkezetet, amely már felemelkedett a földről. Két ember vontatta izomerővel. Ő bizonyította be matematikai úton, hogy levegőnél nehezebb szerkezetek is repülhetnek. Megoldotta - papíron ugyan - a meghajtását, de anyagi okok miatt ott maradt a terv ahol született.

Másnak nem sikerült dűlőre jutni még kb. 100 évig, vagyis a Wright fivérek repülőgépéig.  

Léghajók

A léghajózás elméletének első feltételeit Evangelista Torricelli (1609-1647) olasz fizikus teremtette meg. Bebizonyította, hogy a gázoknak van sűrűsége és súlya. Ezek után a fejlődést nem akadályozta semmi. 1783. szept. 19-dikén emelkedett fel az első hőlégballon, fedélzetén egy kakassal, egy báránnyal és egy kacsával. Az eredményes kísérleteket követően divatba jött - a jómódúak körében - a léghajóreptetés, melynek a környékbeli földművesek nem örültek. Az első léghajók "töltoanyagát", a füstöt és meleg levegőt az idő elorehaladtával egyre inkább átvette a hidrogén. Az akkori közvéleményt megosztotta, hogy melyik változat jobb.

Napjainkban újra népszerűvé vált a léghajózás. Bebizonyosodott, hogy a holégballonok és a gázzal töltött léghajók közül a ballonok jobbak. A gázzal töltött szerkezetek drágábbak és bonyolultabbak. Igaz az is, hogy a gyúlékony hidrogént mára fölváltotta a sokkal biztonságosabb hélium.

A 20. század elején születtek meg a kormányozható léghajók. A leghíresebb léghajóépítő Ferdinand Graf von Zeppelin volt. A zeppelinek váza könnyű alumínium, melyre a borítás került. Ezen belül helyezkedtek el a gáztartályok. Kívül a kabinok és a motorok kaptak helyet, a magassági és oldalkormányok viszont a törzs hátulján. Előnyük az, hogy menetrend szerint közlekedhetnek, mert nem nagyon befolyásolja közlekedésüket az időjárás.

Ma már nem használjuk ezeket a hatalmas járműveket. Felváltották oket a blimpek, amik héliummal töltött kis léghajók. Tévétársaságok, régészek, környezetvédők és sokan mások használják oket különböző feladatokra.  

Az első vállalkozók

A Lilienthal fivérek rájöttek a felhajtóerő, a légellenállás és a repülés szöge közötti összefüggésre. Otto Lilienthal 1891 és 1897 között közel 2000 felszállást hajtott végre siklórepülőjével. 1897-ben találmányával lezuhant és meghalt.

Az első motoros repülést a Wright testvérek valósították meg 1903. dec. 17-én. A szerkezet 12 másodpercet töltött a levegőben, és 53 métert tett meg. A gépen már alkalmaztak csűrőlapokat, azért, hogy szabályozzák az oldalazó mozgásokat.  

A repülés elmaradhatatlan "eszközei"

A felhajtóerő törvényszerűségének felfedezése Daniel Bernoulli (1700-1782) svájci fizikus nevéhez fűződik. Ha valami gyorsabb áramlásra kényszeríti a levegőt vagy vizet, akkor a nyomás csökken, a szívóhatás pedig megnő. Lassulásnál viszont a nyomás nő. A repülőgépek szárnyát úgy alakították ki, hogy a szívóhatás a szárny fölött jöjjön létre. A repülőgép szárnyán a felhajtóerő viszont csak akkor jön létre, ha a repülő sebessége megfelelő nagyságú. Az ideális sebesség biztosítása a hajtómű feladata. A mai sugárhajtású gépek fel- és leszálláskor nagy állásszögben repülnek, ezért fennáll a veszélye annak, hogy a szárnyakról leválik az áramlás. Ennek kiküszöbölésére orrsegédszárnyakat alkalmaznak, amelyek biztosítják a szárny körüli levegő megfelelő áramlását. A szárnyak kilépoélénél helyezkednek el a fékszárnyak, amik szintén termelnek felhajtóerőt, így a gép kisebb sebességgel képes le- és felszállni. Az utazás során ezek használata nem célszerű, mert növelik a légellenállást. Ebbol az következik, hogy nő a teljesítményszükséglet és az útidő, s ezek már rontják a repülés gazdaságosságát.

A repülőgépeket három tengely mentén lehet kormányozni (fel-le, jobbra-balra, haránttengely mentén). Ezt a feladatot a magassági- és oldalkormány, valamint a csűrolap látja el. Fordulókban a bedöntéshez a csűrolapot használják, mivel a tehetetlenségi erő minden mozdíthatót a gép farkához préselne. A nagy sebességű repülőket ellátják külső és belső csűrolapokkal. A külsőket kb. 480 km/h alatt használják, a belsőket e sebességérték fölött. A belső csűrolapok használatára azért van szükség, mert amúgy a bedöntés túl gyorsan állna elo.

Hajtóművek

A dugattyús motorok szerkezetét nem ismertetném, mivel nagyon hasonlítanak a gépjárművek meghajtásánál használtakra.

A sugárhajtómű - más néven a holégsugaras repülőgépmotor - a 2. világháború leglényegesebb találmánya. Működési elve nagyon hasonlít a rakétákéhoz. Amikor hirtelen kiterjed a gáz, akkor egyenlo nagyságú erők hatnak a zárt tér falára. Ha ezt a gázt hagyjuk kiáramlani egy nyíláson, akkor a nyílással szemközti erőt nem ellensúlyozza semmi, így a test elmozdul a kiáramló gázzal ellenkező irányba. A rakétahajtás elve a technikai fejlettség miatt nem volt kivitelezhető.

A sugárhajtómű szerkezete viszonylag egyszerű. A hajtómű elején lép be a levegő, amit a centrifugális kompresszorlapátok az égésterekbe préselnek be. Az égésterekbe folyékony üzemanyagot juttatnak. Indításkor a tüzelőanyagot villamos szikrával gyújtják meg. Késobb az égéskamrák homérséklete annyira megno, hogy nincs szükség villamos gyújtásra - az üzemanyag "magától" meggyullad. A felmelegedett levegő kitágul és kiáramlik a hátsó nyíláson hatalmas sebességgel. Kiáramlása közben meghajt egy turbinát, amely a kompresszort működteti. Van olyan megoldású holégsugaras motor is, amelyben ún. utánégetot alkalmaznak. Ezzel a hajtómű teljesítményét még tudják növelni. Az utánégeto hátránya az, hogy a motor fogyasztását nagyon megnöveli. A forgó alkatrészek kb. 17 ezres fordulattal működnek, az égéskamrák homérséklete 1600-2000° C között van, tehát értheto, hogy olyan acélötvözetek kellenek elkészítésükhöz, melyek magas homérsékleten is szilárdak. Teljesítményük hatalmas, mivel tolóerejük 5-10 ezer kg között mozog. További elonyük, hogy a sugárhajtású gépek kétszer gyorsabban és magasabbra repülhetnek a légcsavaros gépeknél. A dugattyús motortól biztonságosabb, mert kevesebb benne a mozgó alkatrész.

Ezeknek a szerkezeteknek az a hátránya, hogy borzasztó sokat fogyasztanak és iszonyú hangosak. A zaj csökkentése céljából alakították ki a kétáramú gázturbinás sugárhajtóműveket. Az ezekbe vezetett levegő nem egy helyen áramlik. A levegő egyik része az égéskamrába jut, a másik része az égéskamrán kívül halad, s nem is melegszik föl túlságosan, így csökkenti a zajt ami akkor keletkezik, amikor a kiáramló forró levegő beleütközik a kinti hideg levegőbe.

A légcsavaros és lökhajtásos motorok közti űrt tölti ki valamennyire a légcsavaros gázturbina, amelyben egy kisebb sugárhajtómű van, de ehhez egy légcsavar van kötve. A motor összes teljesítménye egyenlo a légcsavar és a gázsugár tolóerejével. Ezzel a variációval csökken az üzemanyag fogyasztása, de a teljesítmény így is meghaladja a dugattyús motorok erejét.

Navigáció

A repülőgépek rádiósugárzással kijelölt légifolyosókban közlekednek. A pilóták ezt a műszerek segítségével észlelik. Mostanában a VOR (Very High Frequency Omnidirectional Range) nevű készülék a legelterjedtebb. A műszerfalon lévo műszer jelzi a megfelelő irányt, és leolvasható a legkisebb eltérés is.

A hosszú távú utak alatt már jobban elterjedtebb az INS (Intertial Navigation System) rendszer. A tehetetlenségi erő segítségével működik, és a háromszoros giroszkóp rendszer minden gyorsítást egy elore beprogramozott ponthoz mér, így képes a gép földrajzi helyzetét megadni. A VOR rendszer földi telepítésű, tehát elképzelheto, hogy az INS idővel kiszorítja. Már kezd elterjedni a GPS (Global Positioning System), ami más néven műholdas navigációs rendszer.

A repülőket vízszintesen is el kell határolni egymástól. A keletrol nyugatra tartó gépek 31000, 35000 és 39000 láb magasan repülhetnek, a nyugatról kelet felé menok 33000 és 37000 láb magasan.

Biztonság

Ha valaki egy olyan távolságot, amit repülővel szokott megtenni, autóval tenné meg, a baleset veszélye 13-szorosára nőne. Már ismerjük azt a szerkezetet amely kiküszöböli az összeütközés veszélyét. Jelzi a veszélyt, javaslatot tesz az elkerülés módjára, de van olyan is amelyik összekötheto a robotpilótával.

A bombamerényletek azok amik talán a legjobban veszélyeztetik a repülést. Ha egy ilyen bejelentés érkezik, akkor az ellenörző lista segítségével átnézik az egész repülőt - Mert mi van ha nem tréfa? -.

Helikopterek

Az a gondolat, hogy egy repülőgépet forgószárnyakkal emeljenek föl, valószínűleg régebbi mint a sárkányrepülő elve. A megvalósítás ebben az esetben nehezebb volt, mint a merevszárnyú gépeknél, mivel a technika a 20. század elejére érte el azt a szintet, hogy a helikoptereknek esélyük legyen repülni. A fejlesztéseket elosegítette a - merevszárnyú repülőgépek repülőterénél- kisebb területű fel- és leszállópályák igénye.

Leonardo da Vinci 1475-ben felvázolta egy helikopter tervét, amely különböző okok miatt papíron maradt.

A következő esemény a svájci Dufaux testvérek nevével függ össze, akik 1905-ben készült gépén két emelocsavar kapott helyet. Tervük nem váltotta be a hozzá fűzött reményeket. 1900 és 1907 között a francia Cornu-nek sikerült egy benzinmotoros, kétszárnyas helikoptert készíteni, ami 30 cm-es magasságba emelkedett.

A francia Bréguet testvérek építették meg az első olyan helikoptert, amely emberrel 1,5m magasra emelkedett. Második gépük nem sikerült, így abbahagyták a kísérletezést.

Ezek a helikopterek nem voltak stabilak és kormányozhatóak, de a stabilitást bizonyos mértékig biztosítani tudták a rotorok pörgettyűs hatásával. 1910-ben és 1911-ben B.N. Jurjev orosz kutató ezekkel foglalkozott, és kifejtette, hogy a szerkezet egy emelocsavarból - aminek a lapátjai állíthatóak- és egy kormánycsavarból áll - ez az emelocsavar nyomatékát egyenlíti ki-.

Magyarországon a Petróczy, Kármán és Zurowetz által tervezett "PKZ-1" jelű helikopter kétféleképpen készült el. Az elsőnél villanymotor, a másodiknál három benzinmotor hajtotta a két ellentétesen forgó rotort. Stabilizálását három drótkötéllel végezték a földrol.

Az Egyesült Államokban Perry 1920-ban készített tervei voltak életképesek. Ebben a tervben a rotorlapátok állíthatóak a kormányzás és a tolóerő állítása céljából.

1920 és 1922 között a spanyol Pescara végzett kísérleteket, melyek során a hajtómű és a rotor közé kuplungot iktatott. Ennek célja, hogy a hajtómű leállásakor kihasználhassák a helikopter autorotációját, és a gép veszély nélkül leszállhasson. Ezen a szerkezeten két ellentétes forgású emelocsavar volt, amik egy tengelyen helyezkedtek el.

1923-24-ben Oehmichen francia mérnök épített helikoptert, amivel 16m-es magasságon 14 perc alatt 1850m-t tett meg.

1924-ben a spanyol de la Cierva autogirójával (hordcsavaros repülő) 12km-t repült.

1930-ig Isacco - spanyol -, Asbóth - magyar -, d˘ Ascanio - olasz - és Florine - belga - is készített helikoptereket.

(A legújabb kutatások kissé más megvilágításba helyezik Asbóth Oszkár munkásságát - további információ a linkre kattintva!)

A helikoptertechnikában nem az állítható rotortengelyes, hanem a rotorlapátok állításával történo kormányzási mód honosodott meg.

Szintén 1930-ban a szovjet tervezok befejezték az "EA-1" jelű gép építését. Középen helyezkedett el a csillagmotor és a négyágú emelocsavar, elöl és hátul pedig a két kis kormánycsavar. Ezzel a szerkezettel Ceremuhin professzor 1932-ben 605m-re emelkedett.

1930 óta jobban figyelnek szerte a világon a helikopterek felé, amit az a dolog magyaráz, hogy növekvo igény van a fel- és leszálláshoz kis területet használó gépekre.

A németországi Heinrich Focke tanulmányozta elodei munkásságát, és arra az eredményre jutott, hogy az amerikai Berliner eredményeit alkalmazza repülőgépe elkészítése közben.  

A helikopterére jellemzőek a következők:

  • A felhajtóerőt és a forgatónyomaték kiegyenlítését két ellentétesen forgó rotor biztosítja.
  • A kormányzás a rotorlapátok állásszögének változtatásával történik.
  • A motor leállása esetén a hajtóművet elválasztják a rotoroktól, hogy a gép autogiro elven működjön.

A megépített helikoptert egy 160LE-s csillagmotorral szerelték fel, a rotorokat pedig kardántengelyekkel hajtották meg. A csillagmotort hűtolégcsavarral is felszerelték. Egy próbarepülés során a pilóta 400m magasan kikapcsolta a hajtóművet, és autorotációra állt át. Két másodperc alatt siklórepülési helyzetbe állította gépét.  

A helikopterek szerkezetében végül két elrendezés honosodott meg:

  • Egy emelocsavar és egy kis forgatónyomaték-kiegyenlíto csavar. (Ezt a változatot Igor Szikorszkij alkalmazta eloször eredményesen.)
  • Két ellentétes irányba forgó emelocsavar. (Jellemzo a Kamov típusú helikopterekre, de nagyobb szállítóhelikopterekre is jellemző.)


1. Ábra CH-47 (külön tengelyen elhelyezkedo ellentétesen forgó rotorokkal)

A helikopterek felhasználási területe széles, úgymint szállítás, mentés, szárazföldi célpontok elleni harc, tengeralattjárók elleni harc, mezogazdasági munkák, stb.

A rotor

A rotor a helikopter legfontosabb szerkezeti eleme. Forgószárnynak azért nevezik, mert a repüléshez szükséges felhajtóerő rajta keletkezik. Feladatát tekintve többet lát el, mint a merev szárny vagy a légcsavar, mivel a vízszintes haladási sebességet, a kormányzást és a - már említett- felhajtóerőt is megteremti.

A rotor nagyobb az azonos vonóerőt termelo légcsavarnál, ám fordulatszáma sokkal kisebb.

A helikopterek rotorjai két vagy többlapátosak, a lapátok keresztmetszete szárnyszelvényű, hosszuk a helikopter súlyától függ. A kisebb gépek lapátjai tömörek, és műanyagból készülnek, a nagyobb gépeké ezzel szemben fotartóból, bordákból és borításból állnak.

A rotoragyhoz tartozik a bedöntoszerkezet, ami a forgássíkot állítja be a kívánt irányba. Az agy feladata még a lapátok állásszögének változtatása, és az, hogy a lapátokon keletkezo légerőket kiegyenlítse.

Az ilyen szerkezetű rotorokat sokáig nem tudták kelloen biztonságosra és élettartamúra készíteni. Ez a probléma az 1950-es években oldódott meg, amikor elkezdték a viszonylag olcsó és üzembiztos helikopterek sorozatgyártását.

A rotor határozza meg a repülési sebesség nagyságát is. Ennek az értéke 200-250 km/h körüli, és ez áramlási okokra vezetheto vissza. Merev szárnyú repülés során a repülés sebessége kb. egyenlo a szárny körüli áramlási sebességgel. Forgószárny esetén az áramlási sebesség a repülési és a forgásból származó kerületi sebességbol tevodik össze. E két összetevo erőteljesen korlátozza a legnagyobb elérhető haladási sebességet.


2. Ábra AH-64 (hagyományos elrendezésű rotorral)

Kormányzás

A helikopterek kormányzása eltér a hagyományos repülőgépekétol, mivel a helikoptereken nem találhatóak meg a kormányfelületek. E felületek szerepét a rotor(ok) veszi(k) át.

Az irányításra szolgáló kezeloszerveket a repülőgépekéhez hasonlóan készítették el, úgy, hogy a botkormány magassági- és csűrokormányzásra, a lábpedálok pedig oldalkormányzásra szolgálnak.

Elfordulásra legtöbbször csak vízszintes síkban van szükség, amit úgy állítanak elo, hogy megbontják a forgatónyomaték-egyensúlyi állapotot. Ennek eloidézése a lapátok állásszögének változtatásával történik.


3. Ábra Ka-50 (egy tengelyen lévo ellentétes forgásirányú rotorral)

Autogiro

Ezeken a repülő eszközökön a húzóerőt egy légcsavar állítja elo a hajtómű segítségével. A forgószárnyat a menetszél hozza önforgásba, más néven autorotációba. Kormányzása a rotortengely megdöntésével történik, ám helybol felszállásra nem volt képes. Ezt a hiányosságot késobb úgy pótolták, hogy a rotort indulásnál összekötötték a motorral. Ezután a forgószárnyat a repülési fordulatszámnál nagyobb fordulatszámra gyorsították, majd elválasztották a hajtóműtol, és a vízszintes haladást biztosító légcsavart teljes fordulatra emelték. Függolegesen így 6-10 méterre emelkedett, de a légellenállás miatt visszasüllyedt 1-2 méterre. Innen kezdhette meg egyenletes emelkedését.

A 2. világháborúban ezeket tengeralattjárókról szerették volna drótköteles vontatással alkalmazni megfigyelések céljára, mert még a helikopterrendszer gyakorlati megvalósítása elott az autogiróknak nagyjelentőséget tulajdonítottak. de la Cierva - aki eloször foglalkozott az autogiróval - jelentos érdemeket szerzett magának azzal is, hogy bevezette a csuklósan és rugalmasan ágyazott rotort.  

A repülőgépek szerkezete

A szaknyelv sárkánynak nevezi a repülőgép szerkezetét. Fo részei: a törzs - amely befogadja a személyzetet, a tüzelőanyag egy részét vagy teljes mennyiségét-, a szárnyak, a vezérsíkok és a futómű.

A törzs

Általában a törzshöz kapcsolják a repülőgép többi részét. Szerkezetét a törzskeretek, a hosszmerevítők és a teherviselo borítás alkotja.

A kis sebességű gépek törzsét nem áramvonalazták, mivel kis sebességnél nincs nagyjelentősége a légellenállásnak. Nagy sebességű repülőkön fontos a legkisebb ellenállás elérése, mert ellenkező esetben a teljesítményt jelentosen növelni kellene.

A törzset úgy tervezik, hogy az megfeleljen a repülőgép rendeltetésének.

Legtöbbször az orrban van a műszerek egy része, a személyzet a gép mellso részén, a teher pedig ezek mögött.

A szárny

A repülés során az egyik legfontosabb elem, mivel a felhajtóerő rajta keletkezik. Fo jellemzői: formája, fesztávolsága, karcsúsága, profiljának alakja.

A szárnyak áramlás irányába eso mellso pontjait összeköto egyenes a belépoél, a hátsó a kilépoél. A szárnyat lezáró elem a törovég.

Kis sebességtartományban kedvezo az egyenes vagy trapéz formájú szárny, hang körüli sebességre viszont a hátranyilazott vagy deltaszárny, áramlási okok miatt.

Minél nagyobb a hátranyilazási szög, annál stabilabb és kormányozhatóbb a repülőgép a hang körüli sebességértékeken. Ezek a szárnyak kis sebességnél nem termelnek elég felhajtóerőt, így a repülő fel- és leszállósebességét jelentosen növelni kell.

A karcsúság nem mérhető, de kiszámolható a fesztávolság négyzetének és a szárnyfelület hányadosaként. Minél kisebb a karcsúság, annál alkalmasabb a repülő nagy sebesség elérésére.

A szárnyak fontos sajátossága a szárnyprofil, amit a bordák alakja határoz meg. Ettol függ a felhajtóerő nagysága. Szerkezetüket tekintve lehetnek fotartósak vagy dobozosak (monoblokkosak). A fotartós szárny vázszerkezetbol (fotartók, hosszmerevítők és bordák) és borításból áll. A dobozos szerkezetű szárny borítása vastagabb, és ez teszi lehetővé, hogy merevítését egy doboz formájú szerkezettel oldják meg. A szárnyat használják még üzemanyag tárolására is katonai gépeken.

A keletkezo felhajtóerő függ még a sebességtol és a repülés irányához képest bezárt szögtol, így csökkeno sebességnél megtartható a felhajtóerő a szárny állásszögének változtatásával.

A repülőgépek a fel- és leszállások során nagy állásszögön repülnek, és ekkor fennáll a veszélye annak, hogy leválik a szárnyakról az áramlás. Azért, hogy ezt valamennyire késleltetni tudják és a szárny alakját íveltebbé tegyék, orrsegédszárnyat, kitérítheto orr-részt és fékszárnyakat alkalmaznak. A leválási jelenség késleltetése úgy történik, hogy az orrsegédszárnyakat a kívánt helyzetbe állítják és a keletkezo résen átáramló levegő lefújja a szárnyon létrejövő káros örvényeket.  

Vezérsíkok

A vízszintes és függoleges vezérsíkokat összefoglaló néven farokfelületeknek is nevezzük. Ezek a szárnyakhoz hasonló kialakításúak, de csak kormányfelületek találhatóak rajtuk.

A vízszintes vezérsíkok a törzs két oldalára kerülnek, ám vannak egyes nagy sebességű típusok ahol ezek, a függoleges vezérsík két oldalára úgynevezett "T" elrendezés szerint kapnak helyet. Vadászgépeken a vízszintes vezérsíkok teljes egészében elfordíthatóak, és így magassági kormányként működnek. "Kacsa" elrendezésrol akkor beszélünk, ha a vízszintes vezérsíkok a szárny elott helyezkednek el.

A függoleges vezérsíkot gyakran kell osztani szilárdsági okokból. Az újabb gépeken az ilyen osztott vezérsík a törzs hátsó részén van, és nem feltétlenül függolegesen, míg régebbi repülőgépeken a függoleges vezérsíkot a vízszintessel együtt képezték ki.

Ritkábban, de még elofordul a "V" kialakítás. Ennél a megoldásnál a vízszintes és függoleges vezérsík feladatát két "V" alakban elhelyezkedo vezérsíkelem látja el. A két elem differenciálkormányokkal rendelkezik.  

Futómű

A legtöbb repülőgép fotóműve hárompontos (két fofutó és egy orrfutó), behúzható és gumikerekes. A futókerekek elhelyezését és számát a repülőgép szerkezete és rendeltetése határozza meg. A katonai repülőgépek egy része csónak- vagy kétéltű kialakítású. A csónak szerkezetűre is szerelhetok kerekek, így az is képes földre szállni.

A fofutók viselik el a terhelés nagy részét, az orrfutó pedig inkább csak kormányzásra szolgál.

A tandemelrendezés különbözik a hárompontostól, mivel a fofutók a törzsön egymás mögött helyezkednek el, a gép támasztására pedig a szárnyvégeken lévo futók szolgálnak.

A nagy felszállótömegű repülőgépek futóműve többpontos a kedvezo tehermegosztás céljából.

A futóműveket áramvonalazott gondolába, vagy a törzsbe húzzák be, de létezik olyan kivitel is, ahol a futómű a hajtóműgondolába kerül. Néhány kisebb sebességű repülőgép futói csak félig behúzhatóak, így ezeket nem zárja fedél.  

Hajtómű-beépítés

A tervezésnél nagy gondot jelent a sugárhajtómű elhelyezése. Egy vagy két kisebb sugárhajtóművet a törzsben is el lehet helyezni, de több és nagyobb hajtóműnél ez a megoldás nem használható. A szárnyba építés megint csak nem jó, mert romlanak a szárny körüli áramlási tulajdonságok. A törzsbe épített hajtóművek levegő beömlonyílásai a törzs két oldalán, vagy annak alján vannak.

A sugárhajtású korszak elején a hajtóműveket a szárnytobe építették, de ez kedvezotlennek bizonyult. Ezzel szemben bevált az a megoldás, hogy a hajtóműveket a szárny alatti, lógó hajtóműgondolába helyezik. Ez egyszerűbb, és nem befolyásolja károsan az áramlási jelenségeket.

Az említett megoldásokon kívül a hajtómű kerülhet a szárnyközéprész alá, vagy a szárny fölé (ez az elrendezés nagyon ritka).  

A repülőgépek csoportosítása

Felderíto repülőgépek

A repülőgépek katonai "pályafutása" éppen a felderítéssel kezdodött. A felderíto repülések dönto fontosságúak a katonai lépések meghatározásához. A 2. világháború idején alakult ki a távolfelderítés (hadászati) és a közelfelderítés (harcászati). A légi felderítés fényképminosége még mindig jobb, mint a legkorszerűbb műholdas felvételek, ezen kívül olcsóbb is, s e két ok magyarázhatja, hogy a repülőgépes felderítés miért nem vesztettjelentőségébol. Az összegyűjtött adatok értéke - a pontosságon és részletességen kívül- attól is függ, hogy az információt gyűjto repülőgép helyzete milyen pontossággal ismert. Ezért az ilyen repülőgépeket rendkívül pontos navigációs műszerekkel szerelik fel, és olyan számítógépekkel, amelyek kiszámítják a begyűjtött adatok pillanatnyi helyzetét. A felvételeket a látható fény és az infravörös tartományban késztik. Az utóbbi segítségével éjszaka is készthetünk felvételeket. A 4-9 lencsével ellátott sokobjektíves készülékek egyidejűleg készítenek más-más színre érzékeny filmre képeket, amelyek összevetésébol kiderülhet, hogy mit rejt az álcázás. A felderítendo terület fölötti átrepülés veszélyének növekedése miatt alkalmaznak olyan fényképezogépeket, amelyek oldalirányban 170 km-rol képesek értékelheto fényképeket készíteni. Az elektronoptikai műszerek meg tudják különböztetni a 2-20° C homérsékletű tárgyakat.

Felderítésre felderítokonténerrel felszerelt vadászgépek is használhatóak.

A felderítés egy különleges formája az, amikor nem repülnek a célország területe fölé, hanem nagy hatósugarú berendezéseket alkalmaznak. Ezzel a módszerrel nem a földfelszínt, hanem inkább a légteret figyelik.

A felderíto repülőgépek jellemző berendezései:

  • nagy pontosságú fényképezogépek, nagy felbontóképességű objektívekkel,
  • sztereófelvételek készítésére alkalmas fényképezogépek,
  • villanófények, világítóbombák nagy területek megvilágítására,
  • infravörös fényképezogépek,
  • elektromos képátjátszó,
  • televíziós kamerák,
  • rádiólokátorok, azért, hogy időjárástól függetlenül is lehessen felderítést végezni.


4. Ábra E-2C Hawkeye

Vadászrepülőgépek

A vadászrepülőgépeket manapság olyan sok feladatra használjuk, hogy a vadász elnevezés nem annyira jellemző ezekre a gépekre. Bevethetoek bombázásra, felderítésre és földi célok támadására is. Ha szorosan a vadászrepülőgép elnevezésnél maradunk, akkor így határozhatjuk meg, hogy feladata a légifölény kivívása. Ebbol következik, hogy fegyverzetük és műszerezettségük széles skálán mozog, és az áruk jócskán 20 millió dollár fölött van.

Ezeken a gépeken a pilóta képességei csupán másodlagosak a műszaki lehetőségekkel szemben. A mai pilóták közül csak néhányan tapasztalhatták, hogy milyen is a légiharc. A különböző katonai gyakorlatokon szoktak ilyeneket imitálni, de ezek a légi küzdelmek eltérnek a valóságtól. Hiába csak hasonlítanak, mégis bebizonyosodott, hogy az eredményt döntoen befolyásolják a fedélzeti hardware-k.

A vadászrepülőgépek manőverező képessége igen jó, és ezt a tolóerő- súlyerő jellemzi. Minél nagyobb ez a viszonyszám, annál jobban manőverezik a gép.

Egy fontos követelmény még, hogy az elfogó repülőgép sebessége és manőverezo képessége fölülmúlja a célrepülő tulajdonságait.

Sebességük a hangsebesség akár háromszorosát is elérheti, bevetésük bármikor elvégezheto és fegyverei között különböző hatótávolságú rakéták is elhelyezhetoek egyidejűleg. E repülőgépek üzemeltethetok tábori repülőtérrol, és úgy vannak tervezve rendszereik, hogy üzemanyag mellett ne igényeljenek sűrű műszaki ellenorzést.

A hajófedélzeti üzemeltetésre kifejlesztett repülőgépeken sokféle eltéro szerkezeti megoldás fellelheto. Ezek a "trükkök" közé a következők tartoznak: a félszárnyak egy része felhajtható, a repülőgépek hátulján egy kampó van a biztonságos megálláshoz és a futóművük robosztusabb - a nagyobb igénybevételek kibírására-.

A vadászrepülőgépeket felszerelték katapultüléssel, amely feladata a személyzet mentése vészhelyzetben. A katapultálás folyamata automatikusan zajlik a beprogramozott szisztéma szerint. A pilóta indítja el a katapultálást - kézzel - parancsra vagy saját elhatározásból.

Egy vadászgép fegyverzete általánosan:

  • fedélzeti gépágyúk
  • irányított levegő-levegő rakéták,
  • nem irányított rakéták,
  • különböző bombák,
  • az említett fegyverek működtetéséhez szükséges berendezések.


5. Ábra F-16 Fighting Falcon

Bombázó repülőgépek

Feladatuk az ellenség objektumainak megsemmisítése. A bombázó repülőgépek csoportosítása felszállótömeg és hatósugár alapján történik. A könnyű bombázók közé a vadászbombázók, a közepes kategóriába a 100t-nál kisebb felszállótömegű és 1000-5500 km hatósugarú, míg a nehézbombázók csoportjába a maximum 220t felszállótömegű és 5500 km-nél nagyobb hatósugarú repülőgépek tartoznak.

E repülők fegyverzete atomtöltetű rakétákból, robotrepülőgépekbol és légibombákból áll. A nehézbombázók közül csak az amerikai B-1B és az orosz Blackjack éri el a szuperszonikus sebességet.

A bombázókra jellemző, hogy légi utántöltésre alkalmasak, és a törzsben a fegyverzet hordozására egy tér van kialakítva. Ebben a bombatérben egy forgótár van, ami elosegíti a robotrepülőgépek és rakéták indítását. Újabban a fegyverzet egy részét a szárny és a törzs alatt függesztik fel.

A bombavetésnek az alábbi három módozata lehetséges:

  • vízszintes repülésbol; amikor a célzás és a bomba kioldása - a repülőgép csúcsmagasságáig- tetszés szerinti magasságban történik.
  • zuhanásból; a lehető legnagyobb találati pontosságú módszer, amikor a bomba kioldása a repülőgép zuhanásba vitele után történik.
  • emelkedésbol; ez a bombázási mód ad lehetőséget a célok kis magasságú megközelítésére.


6. Ábra B-52 (nehézbombázó)

Szállító repülőgépek

Az elmúlt évtizedek katonai eseményei bebizonyították, hogy az utánpótlás elmaradása negatív eredményt okoz. Hogy ezeket az eredményeket elkerüljék, szállító repülőgépek tervezésébe fogtak. Ezeket a repülőgépeket is három kategóriába sorolhatjuk:

  • könnyű szállítógépek; 3-5t teherbíró képességűek,
  • közepes szállítógépek; 15-20t -| | -,
  • nehéz szállítógépek; 20t fölötti -| | - (a 30-40t teherbírású repülőgépeket óriás szállítógépeknek is nevezzük).

A légi szállításnak két feltétele van. Az egyik szerint a szállítandó eszközöknek alkalmasnak kell lennie erre a feladatra, másfelol pedig olyan repülőgépek kellenek, melyekkel a terhet bizonyos magasságból ki lehet dobni, és tábori repülőtérrol üzemeltethetok.

A könnyű és közepes szállító gépek utasszállítókból születnek oly módon, hogy az üléseket eltávolítják, és rakodást segítő eszközöket szerelnek fel.

A nehéz teherbírású gépek külön e célra készülnek. Jellemzőik, hogy nagy belső terük van és a rakodás megkönnyítésére gépesítettek - rakodórámpa, csörlők, görgők, esetleg felhajtható orr-rész-.  

Légi utántölto repülőgépek

Létrehozásukhoz az adta az ösztönzést, hogy megjelentek a sugárhajtóművek, és a nagy fogyasztásuk miatt a bombázóknak le, majd ismét föl kellett szállniuk. Volt még egy ok, ami azzal magyarázható, hogy megjelentek az atomfegyverek. Az atomfegyverek megkövetelték a repülés biztonságosságát, és ezért az ezeket szállító repülőgépek szinte üres üzemanyagtartállyal szálltak föl, tankolásra pedig csak a levegőben maradt lehetőség.

Manapság két utántöltési eljárást használnak. A merev - teleszkópos - csöves módszert nagy méretű gépek töltésére, míg a hajlékony csövest kis méretű gépek tankolásánál alkalmazzák.

A tartálygépeket katonai szállítógépekből, vagy polgári utasszállító repülőkbol építik át. A leendő tartálygépben nagy méretű tüzelőanyag tartályokat, és - az üzemanyag szállítását segítő- szivattyúkat helyeznek el.

A merev töltocsöves folyamat nagyobb töltoteljesítményű, mint a hajlékony csöves.


7. Ábra Vadászrepülő hajlékony töltocsöves tankolása

Gyakorló-oktató repülőgépek

Ezek a repülőgépek a pilóták oktatására szolgálnak. Műszerezettségük megegyezik azzal a repülőgépével, amelyre a pilótát kiképzik.

Harci repülőgépeknél az oktatás alatt használják az alaptípustól kissé eltéro kétüléses változatot is

A fegyverzettel rendelkező repülőgépek bevetésekre is küldhetőek.

Jellemzoik, hogy csak kétüléses kivitelben készülnek. Az ülések egymás mögött helyezkednek el, és a repülő mindkét helyrol egyformán vezetheto.  

Különleges repülőgépek

Helybol, vagy rövid nekifutással felszálló, és függolegesen leszálló repülőgépek

Az 50-es években nyilvánvalóvá vált repülőtér probléma korlátozta a szárazföldi csapatokat támogató repülőgépek telepíthetoségét. A hagyományos repülőgépek különleges betontípusú és rendkívül nagy repülőtereket igényeltek, amelyek háború esetén az ellenség első számú célpontjai. A repülőgépek nagy hátránya még, hogy működtetésüket a frontvonalhoz közel kell megoldani, ami gyakorlatilag lehetetlen.

Felvetodik a kérdés, hogy akkor miért nem használnak helikoptereket? Helikoptereket azért nem lehet bevetni, mert sebességük és manőverezo képességük messze elmarad a sugárhajtású gépek tulajdonságaitól.

E dönto okok vezettek a kis teret igénylő gépek megalkotásához.

A kísérletek légcsavaros és sugárhajtású változatokkal is zajlottak. A légcsavaros típusokon végzett próbálkozásokat abbahagyták, mert ezek feladatai helikopterekkel is elvégezhetok.

A problémát az emeloerő létrehozása jelentette, mert ennek az erőnek nagyobbnak kell lennie a tömegerőnél. Legfontosabb követelmény a hajtóművekkel szemben, hogy a tolóerő- tömeg viszony minél nagyobb legyen. A hajtómű problémáján kívül a kormányzás megoldása volt a következő feladat, mivel a kormányfelületek hatástalanok a különleges repülési üzemmódokban (fel- és leszállás). Megoldásnak a sugárkormányok (kis méretű hajtóművek, kis fúvócsövek) ígérkeztek.

A következő gond a kiáramló gázsugár és a talaj kölcsönhatásából adódott. A repülőgép csak szilárd, sima és jól elokészített helyrol üzemeltetheto, mert az esetleg felrepülő kövek - a hajtóműbol kijutó gáz miatt - kárt tehetnek a gépben.

A már említett különleges repülési üzemmódokba - a fel - és leszálláson kívül- a függoleges emelkedés és süllyedés, a lebegés, a függoleges repülésrol vízszintesre való áttérés, illetve ennek fordítottja tartozik.

Legbonyolultabbak az áttérési üzemmódok. A függolegesrol vízszintesre való áttérés úgy történik, hogy egy biztonságos magasság elérése után indítják a menethajtóművet. Így gyorsítják fel a gépet ferde emelkedo pályán arra a sebességre, amelyen a felhajtóerő kello mértékű, és a kormányfelületek is működnek. A vízszintes repülésrol történo visszatérés ennek a szabályos fordítottja.

A szolgálatba állított két ilyen különleges típus az angol Harrier - típusváltozataival - és a szovjet Jak-36. A Harrier-ben egy fő hajtómű van, amire felszereltek egy tolóerő irányváltó szerkezetet.

A Jak-36 hajtóművét is ellátták tolóerő irányváltó szerkezettel, de benne helyet kapott még egy emelo hajtómű is. E két repülőgépet a SVTOL ( Short or Vertical Take Off Landing ) kategóriába sorolják.


8. Ábra V-22 Osprey

Lopakodó repülőgépek

Egy érdekes fejlesztési irányzatról van szó, melynek az a célja, hogy a repülőgépet rádiólokátorokkal nehezen vagy egyáltalán ne lehessen észlelni. A repülőgép feladata jelentosen könnyebb lenne, mert nem kellene számolnia a légvédelem tüzével.

A lopakodó repülőgépek megalkotásával az Egyesült Államok régóta próbálkozik, ám nem is hiába - lásd B-1B, B-2A és F-117A repülőgépek-.

Ezek a repülőgépek különös elrendezésűek, azért, hogy minél kevesebb rádióhullámot verjenek vissza. Az aerődinamikai elrendezésen kívül szerkezetük különleges anyagokat tartalmaz és speciális radarhullám elnyelo réteggel vannak bevonva. Ezek alkalmazása a repülés szempontjából nem éppen kedvezo. A szerkezeti anyagok szilárdságuk miatt, a bevonat pedig növeli a repülő tömegét.

Ezeknek a repülőgépeknek a megépítése nehéz és költséges feladat (pl.: a B-2A bombázó ára 2 milliárd dollár), és a fejlodo lokátorok miatt észlelhetobbek lesznek, így nem biztos, hogy megérik az árukat.


9. Ábra B-2A

Kísérleti repülőgépek

A kísérleti repülőgépeket kizárólag aerődinamikai kutatásokra használják. Ezeket típusjelzésük is megkülönbözteti az "X" betűvel. Ha az "X" jelzés magában áll, akkor a gépet nem szánják sorozatgyártásra. Mindegyikükön megtalálható egy jelentosen új aerődinamikai megoldás.

Legkésőbb a következő ezred első évtizedében megtörténik a vadászrepülőgépek leváltása, és az új gépeknek alkalmasnak kell lennie az akár hangsebesség fölötti légi harcra is. Ez megköveteli a lehető legnagyobb manőverezo képességet, ezért a jövőbeli repülőgépeken alkalmazni fogják az elmúlt 25-30 év újításait - úgymint hosszú élettartamú, gazdaságos hajtóművek, korszerű fedélzeti műszerek és könnyű, nagy szilárdságú szerkezeti elemek-.  

A repülés jövője

A repülőgépek fejlesztése napjainkban két irányban halad. Az egyik irány arra törekszik, hogy minél kisebb fel- és leszállási úthosszat igényeljen a gép, míg a másik vonal a legnagyobb elérhető sebességet tűzte ki célul.

Az utazási sebesség növelésére azért van szükség, hogy az utasok a lehető legkevesebb időveszteséggel érjék el céljukat. A mostani leggyorsabb utasszállító gép - a Concorde- 2 Ma sebességgel száguld menetrend szerint. (A Mach-számot Ernst Mach (1838-1916) vizsgálta eloször, és meghatározta, mint egy test haladási- és a hang terjedési sebessége közötti viszonyt.)

A mérnökök már terveznek egy közel 1000 fot befogadó repülőgépet, aminek haszna abban rejlene, hogy ne legyenek olyan zsúfoltak a légifolyosók. Hátránya az, hogy a reptereken a be- és kiszállás sok időt vesz igénybe, és ez az utasok türelmére nincs jó hatással.

Az üzemanyagok fejlesztésében a hidrogént tartják a legoptimálisabbnak, de anyagi okok miatt nem tudnak vele foglalkozni.

A mai kor legmodernebb repülőgépeiben joy-stick-kel kormányoznak, és repülés elott szinte mindent beprogramoznak. A pilóta feladata itt csupán annyi, hogy ellenorizze az automatikusan lejátszódó folyamatokat, de mindig készen áll egy felmerülo vészhelyzet megoldására.

Elképzelések egyike szerint a jövőben repülő rakétákkal utaznának emberek, kontinensek között. Azért rakétákkal, hogy a menetidő csak percekben mérhető legyen, és azért kontinensek között, mert amúgy a repülés veszteséges lenne. Sebessége megközelítené az első kozmikus sebességet (kb. 7,9 km/s), repülési magassága pedig 100 km fölött lenne. Függőleges fel- és leszállása között ballisztikus pályán mozogna.

Elképzelhető, hogy használatba állítják a torló-sugárhajtóművet (aminek nincs mozgó alkatrésze, mert a levegő saját magát sűríti össze- kello sebességnél). Jelenleg arra törekednek, hogy a hardware-k segítségével a pilótát megszabadítsák szinte minden problémától. Az sem elképzelhetetlen, hogy pilóta sem kell majd, mert a számítógép mindent el fog végezni a pilóta helyett.  

Felhasznált irodalom

  • Bill Gunston: Harci fegyverek - Modern vadászrepülők
  • Czére Béla - Nagy Erno: A legyozött távolság
  • Gerhard Wissmann: A repülés története
  • Nagyváradi Sándor - Varsányi Erno: Katonai repülőgépek - Típuskönyv
  • Rudolf Braunburg: Repülogépek és léghajók - Tessloff és Babilon Kiadó-
  • Szentesi György: Katonai repülőgépek és helikopterek
  • Top Gun című havonta megjeleno újság
  • A képek forrása: www.italieri.com

Készítette: Vámos Krisztián

Bánki Donát Műszaki Középiskola, Nyíregyháza 1999.

Csatlakozz hozzánk!

Ajánljuk

European Schoolnet Academy Ingyenes online tanfolyamok tanároknak
School Education Gateway Ingyenes tanfolyamok és sok más tanárok számára
ENABLE pilot Program iskoláknak a bullying ellen
eBiztonság Minősítés Minősítési rendszer oktatási intézményeknek