Років а вальний апарати а т, пристрій для керованого польоту в атмосфері планети або космічному просторі. Політ Л. а. являє собою рух над твердою і рідкої поверхнею планети або в міжпланетному просторі. Л. а. використовуються для перевезення людей і вантажів, виконання с.-г., будівельних і ін. робіт, для ведення наукових досліджень і у військових цілях. Розрізняють атмосферні і космічні Л. а. Атмосферні Л. а. діляться, в свою чергу, на 2 класу: апарати важче повітря і апарати легше повітря.
Сили, що діють на Л. а. На Л. а. діє притягання планети і ін. небесних тіл, а при польоті в атмосфері - також і опір середовища. Дія цих сил долається за допомогою підйомної сили і сили тяги. Підйомна сила і сила тяги використовуються також для управління Л. а., Т. Е. Для зміни величини і напряму швидкості польоту і положення Л. а. в просторі.
При створенні підйомної сили використовуються наступні принципи: аеростатичний, аеродинамічний та газодинамический. Аеростатичного сила, або архимедова сила, утворюється через різниці щільності газу, що заповнює оболонку апарату, і атмосферного газу (рис. 1а, 1б,) і прикладена до зовнішньої поверхні Л. а. (Див. Архімеда закон ). Вона спрямована вертикально вгору. Аеродинамічна сила також прикладена до зовнішньої поверхні Л. а. (Див. Аеродинамічна сила і момент ). Утворюється через перепад тиску на поверхні Л. а. при несиметричному обтіканні його газоподібної середовищем атмосфери (рис. 2а, 2б, 2в, 2г). Складова аеродинамічної сили, перпендикулярна напряму польоту, утворює підйомну силу, а складова, паралельна швидкості польоту і спрямована назад, - аеродинамічний опір (Лобове опір). Відношення підіймальної сили до сили лобового опору називається аеродинамічною якістю. У газодинамічному принципі створення підйомної сили використовується тиск газу, що діє на внутрішню поверхню реактивного двигуна (рис. 3а, 3б).
Сила тяги, створюваної повітряним гвинтом або реактивним двигуном , Чисельно дорівнює приросту кількості руху робочої речовини, що відкидається ними. Гвинт приводиться в обертання двигуном (поршневим або газотурбінним). Реактивні двигуни діляться на повітряно-реактивні і ракетні. При створенні тяги за допомогою гвинта і повітряно-реактивного двигуна як робоча речовина використовується атмосферний газ (повітря). Робоча речовина для ракетного двигуна транспортується на самому Л. а., тому ракетний двигун можна застосовувати як на атмосферних, так і на космічних Л. а. Якщо напрям сили, створюваної гвинтом або реактивним двигуном, нахилений до напряму польоту, то цю силу можна розкласти на дві складові. Складову, перпендикулярну напрямку польоту, можна розглядати як підйомну силу, а складову, паралельну напрямку польоту, - як тягу. Створення тяги і підіймальної сили пов'язане з витратами енергії. Джерелом енергії може бути хімічне або ядерне пальне, запасене на борту Л. а. На космічному Л. а. можливо також використання сонячної енергії.
Зазвичай політ Л. а. складається з 3 основних етапів: зліт (розбіг, набір висоти), сталий політ (політ з приблизно постійною швидкістю), посадка (гальмування, спуск до зіткнення з поверхнею планети, пробіг). Деякі етапи польоту можуть бути відсутніми або приймати специфічну форму. Для розбігу Л. а. при зльоті зазвичай використовується тяга двигуна, встановленого на ньому. Зліт Л. а. може здійснюватися також і за допомогою додаткових пристроїв поза Л. а. ( катапульт і т.п. коштів). На другому етапі, при сталому прямолінійному польоті, рівнодіюча всіх сил, прикладених до Л. а., Дорівнює нулю. На третьому етапі польоту швидкість поступово зменшується до невеликої величини, що забезпечує безпечну посадку. Для цього необхідна сила, майже урівноважує силу тяжіння, і сила, що гальмує рух по горизонталі.
Л. а. легший за повітря ( аеростат , дирижабль та ін.). Підйомна сила апаратів цього класу має аеростатичного природу (див. повітроплавання ). Аеростат розвиває лише підйомну силу, горизонтальне переміщення його відбувається під дією вітру. Управління аеростатом зводиться до зміни висоти польоту шляхом зміни його маси і об'єму. Дирижабль має повітряні гвинти, що створюють тягу і що приводяться в обертання двигунами. Крім засобів управління, які застосовуються на аеростаті, на дирижаблі використовуються аеродинамічні органи управління.
Л. а. важчий за повітря ( літак , планер , гелікоптер , гвинтокрил та ін.). Підйомна сила апаратів цього класу має переважно аеродинамічну природу. У деяких випадках використовується також газодинамический принцип створення підйомної сили. Найбільш поширеним Л. а. важчий за повітря є літак. Його підйомна сила створюється в основному крилом . Значно менша частка припадає на підйомну силу фюзеляжу і оперення. Розглядаються проекти літаків для польотів при гіперзвукових швидкостях, у яких підйомна сила утворюється в основному корпусом. Тяга літака створюється за допомогою поршневого, газотурбінного або повітряно-реактивного двигуна. Ракетний двигун використовується на літаку рідко (зазвичай як прискорювач). На перспективному гіперзвуковому літаку можливе застосування ракетного двигуна як основного засобу створення тяги. Для керування літаком використовуються аеродинамічні органи (кермо висоти і напряму, елерони і ін.), а також регулювання тяги.
Підйомна сила крила змінюється приблизно пропорційно квадрату швидкості польоту. При малих швидкостях підйомної сили крил недостатньо для відриву літака від поверхні Землі. Для кожного літака існує мінімальна швидкість, при якій підйомна сила крил дорівнює вазі літака. Тому при зльоті необхідний розгін для досягнення її, а при посадці - пробіг, щоб погасити її до нуля. Це призводить до необхідності створення аеродромів зі злітно-посадковими смугами. Зменшення мінімальної швидкості і відповідне скорочення довжини розбігу і пробігу літака досягається збільшенням підйомної сили крил за допомогою їх механізації (див. механізація крила ), Сдува прикордонного шару з крила, обдування крила струменями від гвинтів і ін. способами.
Підйомна сила може бути створена і на нерухомому Л. а. Для цього його крила повинні рухатися відносно корпусу Л. а. Відомі проекти Л. а. з махають і хитаються крилами (см. орнітоптер ). Застосування знайшов вертоліт - Л. а. з несучим гвинтом, який можна розглядати як систему крил, що обертаються в площині, близькій до горизонтальної. Нахилом площини обертання несучого гвинта до напрямку польоту створюється не тільки підйомна сила, а й тяга. У гвинтокрила підйомна сила створюється одночасно несучим гвинтом і крилом, а тяга - тягне і несе гвинтами. Існують літаки з гвинтами, площину обертання яких може змінюватися від вертикальної до горизонтальної. Такі літаки можуть здійснювати вертикальні зліт і посадку. Використання газодинамічного принципу створення підйомної сили дозволяє і реактивному літаку літати з малими швидкостями і навіть «висіти», здійснювати вертикальні або укорочені зліт і посадку. Це досягається відхиленням вниз струменя реактивного двигуна за допомогою поворотних сопел або використанням спеціальних вертикально встановлених двигунів.
Космічні Л. а. ( автоматична міжпланетна станція , штучний супутник Землі , космічний корабель та ін.). Через велику своєрідності різних етапів космічного польоту і для зменшення маси космічного Л. а. робиться складовим. Він складається зазвичай з наступних автономних частин: стартової ракети, орбітального або міжпланетного корабля, апарату, що спускається на поверхню планети. Стартова ракета розганяє Л. а. до швидкості, що дорівнює або перевищує орбітальну. Управління ракетою здійснюється зміною значення і напряму дії тяги ракетних двигунів, а при наявності на планеті атмосфери - також за допомогою аеродинамічних рулів. Орбітальним і міжпланетним кораблями управляють за допомогою ракетних двигунів. При далеких міжпланетних перельотах ракетний двигун доцільно застосовувати також для додаткового розгону міжпланетного корабля з метою зменшення тривалості перельоту. Ефективність використання робочої речовини в двигуні тим вище, чим більша швидкість витоку газу з нього. У ракетних двигунах потік газу розганяють шляхом його нагрівання за рахунок спалювання хімічного пального і подальшого розширення в соплі. Розробляються двигуни для космічних Л. а., В яких потік газу розганяється до більш високих швидкостей, ніж в ракетному двигуні ( плазмовий двигун , електростатичний ракетний двигун ). На остаточному етапі польоту космічного Л. а. виробляється його гальмування ракетним двигуном. Якщо планета позбавлена атмосфери, то ракетним двигуном користуються аж до зіткнення з її поверхнею. Якщо ж планета має атмосферу, то використовуються також аеродинамічні сили. Застосування підйомної сили дозволяє знизити перевантаження, несприятливо діють на людину. Управління Л. а. при спуску шляхом зміни його підйомної сили дозволяє підвищити точність посадки. Розглядаються проекти перспективних космічних апаратів, які зможуть злітати з поверхні Землі і сідати на її поверхню подібно літаку.
Літ. см. при статтях авіація , повітроплавання і космонавтика .
В. Я. Боровий.
Мал. 2г. Зовнішній вигляд вертольота Мі-10.
Мал. 3б. Зовнішній вигляд літака з вертикальним зльотом і посадкою.
Мал. 1а. Схема, яка пояснює аеростатичний принцип створення підйомної сили. На схемі: р - тиск повітря; r - щільність повітря; g - прискорення сили тяжіння; h - висота аеростата; Про. - оболонка аеростата. Стрілками показано розподіл тиску на поверхні літального апарату, оточеного повітрям.
Мал. 1б. Зовнішній вигляд дирижабля.
Мал. 3а. Схема, яка пояснює газодинамический принцип створення підйомної сили. На схемі: 1 - компресор; 2 - форсунки для розпилення палива; 3 - камера згоряння; 4 - газова турбіна; 5 - газодинамічні рулі, відхиляючі струмінь газів і, отже, змінюють напрямок тяги двигуна.
Мал. 2б. Зовнішній вигляд літака Ту-124.
Мал. 2а. Схема, яка пояснює аеродинамічний принцип створення підйомної сили крилом дозвукового літака. На схемі: r - тиск повітря; a - кут атаки крила; V - швидкість польоту; У - підйомна сила; Р - тяга; НВ - несучий гвинт; ПВ - площину обертання несучого гвинта. Стрілками показано розподіл тиску на поверхні крила.
Мал. 2в. Схема, яка пояснює аеродинамічний принцип створення підйомної сили несучим гвинтом вертольота. На схемі: r - тиск повітря; a - кут атаки крила; V - швидкість польоту; У - підйомна сила; Р - тяга; НВ - несучий гвинт; ПВ - площину обертання несучого гвинта. Стрілками показано розподіл тиску на поверхні крила.
