Традиционные физические закономерности как база развития авиации



Авторы предлагают к рассмотрению развитие самолётов в России на основе традиционных законов физики.

Ключевые слова: физические закономерности, самолёт.

Для цивилизационного развития особенно ценными являются связь и взаимовлияние физики и техники. Тяга человечества к знаниям — это не самоцель. Она вызвана потребностью людей в обеспечении собственного бытия. Вследствие этого крупные физические открытия всегда приводят к техническим переворотам, появлению новых технических наук и созданию на их базе новейших технологий. Все современные промышленные технологии базируются на трудах великих физиков. Связь физики и техники является двусторонней. Любое значимое физическое открытие расширяет потенциалы техники. Развиваясь и совершенствуясь, техника также дает физике более совершенные приборы, устройства, методы исследования, санкционирующие ей изучать ранее недоступные явления природы. Это в свою очередь приводит к новым физическим открытиям. Современная физика революционно реформирует все области техники, в том числе военной (например, авиации).

Начало Второй мировой войны послужило импульсом развития российской авиации, так как появилась первоочередная задача: обеспечение полётов тяжелых бомбардировщиков эскортами истребителей. Возникли новые коллективы авиаконструкторов С. В. Ильюшина, С. А. Лавочкина, В. М. Петлякова, П. О. Сухого, А. Н. Туполева, А. С. Яковлева [1]. Их разработки строились на знании физических закономерностей механики, аэродинамики, термодинамики, электромагнетизма.

На основе физических принципов в этих КБ осуществлялись работы:

1) по созданию фюзеляжа самолёта с хорошей обтекаемостью носовой части с целью уменьшения силы лобового сопротивления на основе законов гидроаэродинамики;

2) по упрощению топливной и тормозной системы, требующей соблюдения законов трения и термодинамики;

3) по разработке конструкции планера, позволявшей нести вооружение, бомбовую нагрузку (при необходимости), топливо на основе законов механики и термодинамики;

4) по разработке и использованию навигационных приборов, принципы функционирования которых базируются на распределении Больцмана, законах электродинамики;

5) по повышению летно-технических характеристик (горизонтальной скорости, высоты и дальности полёта) на основе законов классической механики, гидродинамики;

6) по обеспечению живучести самолёта, позволяющей совершать в экстренном случае горизонтальный полёт с одним двигателем на основе законов динамики абсолютно твердого тела;

7) по созданию хорошей устойчивости и управляемости на основе законов динамики абсолютно твёрдого тела;

8) по выбору параметров крыла для обеспечения его жёсткости, повышения критической скорости флаттера, зависящей от конструкции самолета. Резонанс приводит к разрушению летательного аппарата, поэтому необходим учёт законов незатухающих автоколебаний всех элементов. Это особенно важно при достижении самолётом сверхзвуковых скоростей;

9) по разработке и усовершенствованию отечественных двигателей на основе принципов термодинамики;

10) по обеспечению максимальной боевой эффективности на основе законов механики и электромагнетизма [2].

В сравнительном анализе лётно-технических характеристик самолётов рассмотрим только некоторые, связанные с классической механикой:

1) потолок полёта, представляющий собой максимальную высоту подъёма в конкретных географических, метеорологических условиях и работе всех двигателей, создающих необходимую подъёмную силу;

2) дальность полёта, равная длине траектории самолёта в стандартных атмосферных условиях (на уровне моря атмосферное давление равно 101,325 кПа, температура 288 К и относительная влажность 0 %) [3] в режиме от полной заправки самолёта до полной выработки топлива. Расход топлива должен обеспечивать ряд процедур (запуск и опробование двигателя, допосадочное и послепосадочное руление, взлёт, посадка и прочее).

3) горизонтальная скорость в условиях спокойной атмосферы;

4) бомбовая нагрузка [4].

В таблице 1 приведены данные лётно-технических характеристик некоторых самолётов РККА в период ВОВ.

Таблица 1

Лётно-технические характеристики некоторых самолётов РККА периода Великой Отечественной войны

Тип	Горизонтальная скорость, км/ч	Потолок полета, м	Дальность, км	Боевая нагрузка, т	Источник
Истребители
И-15	350	9800	750	0,040	[5]
И-153	444	11000	740	0,200	[6]
Ла-7	680	10700	635–800	0,200	[7]
МиГ-3	592	12000	576	0,200	[8]
Як-3	645	10700	1050	0,569	[9]
Бомбардировщики
АНТ-40	450	7800	2300	1,600	[10]
ДБ-3	439	9300	3800	2,500	[11]
Пе-2	452	8800	1200	0,5–1,0	[12]
Як-4	533	10000	960–1200	0,4–0,8	[13]
Як-6	230	3380	900	0,500	[14]

Как видно из таблицы 1, самолёты РККА незначительно отличались по горизонтальной скорости движения. Наибольшая была у Ла-7, а наименьшая — у Як-6. Самой большой дальностью полёта обладал бомбардировщик ДБ-3, а наименьшей — истребитель МиГ-3. Максимальной высотой подъёма обладал истребитель МиГ-3, а наименьшей — бомбардировщик Як-6.

Создание самолетов ВКС РФ, отвечающих современным вызовам, требовали новых подходов, в частности:

1) обеспечение применения автоматизированных систем, использующих законы квантовой физики;

2) обеспечения хорошей связи при полете на звуковых и сверхзвуковых скоростях на основе законов электродинамики, квантовой оптики;

3) постановка пассивной и активной защиты на основе законов квантовой физики, квантовой оптики, термодинамики;

4) полная замена импортных комплектующих на отечественные, отвечающих физическим закономерностям.

В таблице 2 приведены данные лётно-технических характеристик некоторых современных самолётов ВКС РФ.

Таблица 2

Лётно-технические характеристики ряда самолётов ВКС РФ

Тип	Горизонтальная скорость, км/ч	Потолок полета, м	Дальность, км	Боевая нагрузка, т	Источник
Истребители
МиГ-29	2450	17000	1500–2100	3	[15]
Миг-31	3100	30000	3000	9	[16]
МиГ-35	2410	17500	3500	7	[17]
Су-27	2500	22500	800–2400	4,43	[18]
Су-57	2130	20000	2000–4300	1,3–1,6	[19]
Бомбардировщики
Ту-95	890–905	11900	6500	20	[20]
Ту-22М3	2300	13500	5500	24	[21]
Ту-160	2230	16000	13950	45	[22]

Как видно из таблицы 2, максимальной высотой подъёма обладает истребитель МиГ-31, а наименьшей — бомбардировщик Ту-95.

Итак, в работе рассмотрен ряд самолётов двух исторических периодов России, принципы действия которых построены на физических закономерностях, и проведен анализ их лётно-технических характеристик.

Литература:

1. Все об авиации: большая энциклопедия/ авт.-сост. Л. Е. Сытин. Москва: АСТ. — 2018. — 640 с.
2. Степанов В. А. Развитие советской авиации накануне Великой Отечественной войны. М.: Нестор. — 2006. — 238 с.
3. Стандартные условия [Электронный ресурс]. URL: https://ru. wikipedia.org/wiki/Стандартные условия
4. Словарь военных терминов / сост. А. М. Плехов. М.: Военнздат. — 1988. — 335 с.
5. И-15 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/И-15
6. И-153 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/И-153
7. Ла-7 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ла-7
8. МиГ-3 [Электронный ресурс]. URL: https:// ru.wikipedia. org/ wiki /МиГ-3
9. Як-3 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Як-3
10. АНТ-40 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki /АНТ-40
11. ДБ-3 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ДБ-3
12. Пе-2 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Пе-2
13. Як-4 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Як-4
14. Як-6 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Як-6
15. Миг-29 [Электронный ресурс]. URL: https://ru. wikipedia.org/wiki/Миг-29
16. Миг-31 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Миг-31
17. Миг-35 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Миг-35.
18. Су-27 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Су-27
19. Су-57 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Су-57
20. Ту-95 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ту-95
21. Ту-22М3 [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Ту-22М3
22. Ту-160 [Электронный ресурс]. URL: https://ruikipedia.org/wiki/Ту-160