Одна из самых непонятных математических операций — это логарифм. Зачем нужен логарифм, как и где его используют практически никто не знает. Кажется, что это что-то скучное и нужно только математикам.

Но на самом деле, это важно и даже интересно. Логарифм встречается везде от радиосигнала в Wi-Fi роутере до раковины улитки.

Что такое логарифм простыми словами

Логарифм — это обратная операция возведению в степень. Вот так просто. Есть умножение и деление, а есть возведение в степень и логарифмирование.

Простыми словами логарифм отвечает на вопрос: «в какую степень нужно возвести число, чтобы получить нужный результат».

Например: log₂(8)=? означает, что мы ищем степень в которую нужно возвести 2 чтобы получить 8. log₂(8)=3 потому, что 2³=8.

Если вам все еще не понятно, что такое логарифм и зачем он нужен, вы не одиноки. Логарифмирование, это не интуитивная операция и очень долго математики его не использовали вовсе.

Панцирь улитки — это логарифмическая спираль

История

До появления логарифмов жизнь у математиков (и всех кому приходилось много считать) была сложной.

Умножение и деление больших чисел, извлечение корней и степеней было очень-очень трудоемким. Приходилось повторять много операций много раз.

Кто придумал логарифм

Логарифмы изобрел шотландский математик Джон Напер в начале 17-го века. Именно он написал трактат «Описание удивительного закона логарифмов». В этой работе он показал как превращать умножение в сложение, а деление — в вычитание с помощью логарифмов.

Как? Вместо того чтобы перемножать два больших числа, нужно:

Сначала найти их логарифмы. Потом сложить их. А потом обратным преобразованием получить результат.

Например: нужно умножить два числа 1234 × 5678.

Умножение в столбик потребует много операций. Это долго и есть риск сделать ошибку. Можете посчитать прямо сейчас, результат будет 7006652.

На самом деле нужно 28 операций умножения и сложения, чтобы перемножить два четырехзначные числа.

А вот как можно сделать логарифмами:

1. Вычисляем десятичные логарифмы каждого числа:

log₁₀(1234) ≈ 3,0913
log₁₀(5678) ≈ 3,7542

2. Суммируем логарифмы:

3,0913 + 3,7542 = 6,8455

3. Находим число соответствующее логарифму 6,8455.

10^6,8455 (десять в степени 6,8455) ≈ 7006652

Вот так вот «просто». Всего 3 действия вместо 28!

Вот только как ответить на вопрос, в какую степень нужно возвести 10 чтобы получить 5678? Как вообще это посчитать? Разве стало проще?

Очень просто. Непер создал логарифмические таблицы. То есть посчитал все заранее. В его трактате были рассчитаны логарифмы синуса, косинуса и тангенса, то что было нужно астрономам.

Палочки Непера

Еще одно изобретение Непера можно назвать первым калькулятором. Знаменитые палочки Непера (или кости Напера) — набор из доски и палочек со значениями, которые позволяли перемножать и делить девятизначные числа.

Для этого нужно было просто правильно разложить палочки на доске и посчитать цифры в правильном ряду.

Например: чтобы умножить 836 на 3, нужно сложить палочки под номерами 8, 3, 6 и посмотреть на ряд 3.

Читаем справа на лево суммы в диагоналях:

• Самое правое число — 8
• Складываем цифры во второй диагонали справа — 9+1 =10. Записываем ноль и 1 переносим влево
• Складываем цифры в следующей диагонали — 4+0+1 (добавляем единицу перенесенную из левой диагонали)
• Последняя диагональ — 2

Ответ: 836 х 3 = 2508

Фактически, это умножение решеткой или Индийский метод умножения. Только все сделано заранее и достаточно просто правильно раскладывать «палочки».

Фактически, палочки Напера, это таблица умножения в другой форме. Заменяет умножение (умножили все заранее) на сложение. Единственная проблема, умножать удобно и быстро, а делить — нет.

Логарифмическая таблица

Метод Непера — все посчитать заранее был сразу же тепло принят всем научным сообществом. Множество математиков начали создавать свои логарифмические таблицы.

Вот как работает логарифмическая таблица:

Например, нужно умножить два числа: 120 × 23.

Число	log₁₀ (числа)
1,00	0,0000
1,10	0,0414
1,20	0,0792
1,30	0,1139
1,40	0,1461
1,50	0,1761
1,60	0,2041
1,70	0,2304
1,80	0,2553
1,90	0,2788
2,00	0,3010
2,10	0,3222
2,20	0,3424
2,30	0,3617
2,40	0,3802
2,50	0,3979

В таблице находим соответствующие десятичные логарифмы:

• 120=1,20×10² — log₁₀(1,20) = 0,0792
• 23=2,30×10¹ — log₁₀(2,30) = 0,3617

Применяем то самое удивительное свойство логарифмов о котором писал Непер:

log(ab)=log(a)+log(b) — произведение двух чисел равно сумме логарифмов этих чисел!

Вот только нужно не забыть добавить степени, потому что в таблице у нас были другие числа:

• log(120)=0,0792+2=2,0792
• log⁡(23)=0,3617+1=1,3617

Складываем:

2,0792+1,3617=3,4409 — это мы нашли степень числа 10.

10^3,4409= ?

Нужно снова посмотреть в таблицу логарифмов и узнать что:

10^3,4409 ≈ 2759

Точное значение 120 × 23 = 2760, при использовании таблицы логарифмов получалась погрешность, но это было небольшой платой за упрощение расчетов в разы.

То есть используя свойства логарифма можно заменить сложное и утомительное умножение, простым и веселым сложением! Ведь умножение, это то же самое что и сложение! Например 2 х 3 это то же самое что 2+2+2 или 3+3.

Но одним только умножением можно не ограничиваться и сделать логарифмические таблицы для других операций. Для извлечения корней, возведения в степень, тригонометрических функций много другого.

Логарифмическая линейка

Идем дальше по пути упрощения. Если можно рассчитать заранее результат умножения, то можно сделать то же самое для любых других сложных расчетов. Так и появилась логарифмическая линейка.

Логарифмическая линейка — это тоже счетная машина. Если взять две линейки, нанести на них значения и двигать относительно друг-друга, можно производить быстрые расчеты!

Как и в случае с таблицей, все значения рассчитаны заранее. Только вместо цифр используются деления на шкале.

Пользоваться логарифмической линейкой просто. Например, для умножения двух чисел:

1. Нужно совместить начало подвижной части линейки с первым числом
2. Найти второе число на подвижной же части
3. Посмотреть какое число находится напротив — это и будет результат

Точно так же можно с помощью такой линейки:

• Умножать и делить
• Возводить в степень и извлекать корни
• Умножать и делить на число пи
• Находить значения тригонометрических функций
• Переводить разные величины (например футы в сантиметры)
• Многое многое другое

Все зависит от того, какие именно насечки шкалы нанесены на линейку. Очень просто и очень эффективно. Правда точность расчетов будет не такой большой, из-за ограничений на точность самой шкалы. Просто очень сложно различать мелкие деления на глаз.

Чтобы иметь возможность умножать числа, шкала такой линейки сделана не линейной как обычно, а логарифмической.

Логарифмическая шкала

Логарифмическая шкала — это такая шкала, где каждое следующее деление пропорционально не сумме, а произведению. Простыми словами, на линейной шкале деления будут привычными: 0, 1, 2, 3… То есть каждый раз мы добавляем единицу.

А на логарифмической: 1, 10, 100, 1000… То есть каждое следующее значение будет больше не на один раз, а в 10 раз!

Шкала может быть и другой. Например: 2⁰ 2¹ 2² 2³ или 1, 2, 4, 8… То есть каждое деление в два раза больше предыдущего.

Это удобно когда разница между значениями очень большая (или очень маленькая) и важно видеть не на сколько это больше, а во сколько раз это больше.

Логарифм в природе

Это удивительно но логарифмы встречаются в природе. Точнее там встречается экспоненциальный закон. А натуральный логарифм — это ведь обратная функция экспоненты. Например:

• Популяция животных или бактерий растет по экспоненте. Если мы хотим рассчитать, через какое время количество животных вырастет в 5 раз, нам понадобится натуральный логарифм
• В раковинах моллюсков или в подсолнухе можно тоже обнаружить логарифм. Раковина растет по логарифмической спирали. И семена в подсолнухе расположены по логарифмической спирали, чтобы оптимально заполнить пространство
• Наша галактика Млечный путь, имеет 4 рукава, каждый из который — логарифмическая спираль
• Циклоны, антициклоны тоже закручиваются в такую спираль

Форма циклона — логарифмическая спираль

Логарифмическая спираль — это спираль которая увеличивая радиус экспоненциально с каждым витком. Угол между касательной к спирали и радиусом из центра всегда одинаковый, поэтому она выглядит так гармонично.

Почему логарифм встречается в природе? Потому, что это выгодно.

Логарифмическая спираль возникает везде потому, что это сама оптимальная форма с точки зрения сохранения энергии и вещества: минимизирует потери энергии и сохраняет стабильность системы. Вот почему:

• Каждый виток спирали пропорционален предыдущему. Это экономит энергию, так как система не меняет форму при масштабировании
• Угол между радиусом и касательной к спирали не меняется, что обеспечивает стабильность. В галактиках это предотвращает гравитационный коллапс, в циклонах — хаотическое завихрение

Почему логарифмы так удобны?

Возьмем для примера радиосигнал. Известно, что радиоволны ослабевают не линейно, а по степенному закону (интенсивность обратно пропорциональна квадрату расстояния). Логарифм делает эту зависимость линейной — и это удобно для расчетов.

Тот же Wi-Fi роутер постоянно решает задачу: увеличить или уменьшить мощность антенны?

Если бы расчеты велись напрямую в ваттах это считалось в ваттах — пришлось бы оперировать такими маленькими значениями как 0,00000000002 Ватт (средняя мощность сигнала или −77 dBm). Логарифм решает эту проблему. Расчеты становятся проще.

Квадратный корень из двух

Итак откуда вообще берется такое странное число и почему мы не записываем его в нормальном виде, а пишем √2?

Дело в том, что «квадратный корень из двух» — это иррациональное число. То есть его нельзя записать в виде простой дроби m/n. То есть m не делится на n без остатка. А раз дроби нет, то и в десятичном виде, это число будет бесконечно длинным.

Чему равен корень из двух?

1,4142135623730950488016887242096980785696…

Или с точностью до четвертого знака после запятой:

1,4142

Откуда же берется такое неудобное число? Из геометрии.

Если взять квадрат со стороной равной единице и провести диагональ в нем, то длинна этой диагонали и будет равняться √2.

То есть мы можем бесконечно точно вычислять длину диагонали такого квадрата, но никогда не получим точное значение.

Если длинна стороны квадрата это a, то по теореме Пифагора можно вычислить и длину диагонали с:

a²+a²=с²

Пока все правильно и кажется не сложным. Вот только, давайте попробуем посчитать длину диагонали… Не получится!

Кто открыл корень из двух?

Есть такая легенда:

Давним давно, в 6 веке до нашей эры один из учеников Пифагора решал задачу про диагональ квадрата с помощью теоремы Пифагора.

Но квадрат был необычной, со стороной равной единице.

Получается что:

a²+a²=c² — сумма квадратов сторон квадрата равна квадрату диагонали

Если сторона квадрата a=1, то 1²+1²=c²

То есть 2²=c², значит диагональ c=√2

Все бы ничего да вот только Пифагорейцы были не совсем ученым, а скорее религиозной сектой. Они верили, что все в мире может быть выражено через числа, а сами числа имеют мистические свойства. Они считали, что все в мире можно выразить через целые числа.

Появление иррационального числа, то есть такого которое нельзя точно даже посчитать вызвало такой шок у пифагорейцев, что они утопили того, кто открыл первое иррациональное число.

Но это только легенда.

На самом деле древним математикам пифагорейской школы принадлежит не только открытие числа «корень из двух» но и доказательство его иррациональности и даже методика расчета с помощью аппроксимации.

Что такое иррациональные числа

Корень из двух — первое иррациональное число. Но есть и другие.

Иррациональное число — это такое число которое нельзя представить в виде дроби m/n если и m и n — целые числа n не равно нулю. Простыми словами, в десятичном виде такое число имеет длинный бесконечный хвост после запятой числа в котором не повторяются циклично.

Еще проще — такое число нельзя точно посчитать, можно только бесконечно приближаться к его значению.

Вообще слово «рацио» означает соотношение. То есть рациональные числа можно выразить с помощью дроби, а иррациональные — нет.

Самые известные иррациональные числа:

• Число пи — отношения длинны окружности к его радиусу, то есть L/D. Равняется пи примерно 3,142857142857143…. Нам известно 62,8 триллиона знака после запятой!
• Число e — Оно же число Эйлера или основание натурально логарифма. Равняется число е примерно 2,71828182845904523536… Появилось с результате решения задачи о сложных процентах. Рассчитано до 31 триллион знаков после запятой
• Число ϕ — или «золотое сечение» или «божественная пропорция». Число фи равняется примерно 1,618033988… Использовалось древними архитекторами и художниками для создания красивых и правильных пропорций своих произведений. В природе встречается очень часто.
• √3 и √5 тоже иррациональные числа

Что интересного в иррациональных числах?

• Если умножить да иррациональных числа можно результате получить иррациональное или целое число
• Иррациональных чисел больше чем рациональных
• Мы чаще встречаемся с рациональными числами, поэтому мало замечаем иррациональные
• Количество иррациональных чисел бесконечно

Впервые люди столкнулись с иррациональными числами в геометрии. Расчет длинны диагонали квадрата не всегда может быть точным, а отношение длинны окружности к диаметру — никогда. Далее в расчетах тои дела начали возникать «неправильные» и «неудобные» числа которые невозможно вразить в десятичном виде точно.

Интересные факты про корень из двух:

• √2 — перове обнаруженное иррациональное число в истории
• √2 х √2 = 2
• √2 — используется в музыке в системе равномерной темперации, чтобы гитара или пианино могли играть во всех тональностях
• √2 — используется для расчетов в 3D графике и 3D играх для расчета расстояний и нормализации векторов
• Это число также называют «Константа Пифагора», хотя сам Пифагор к нему не имеет отношения
• Отношение длинны большой стороны к меньшей в бумаге формата А4 равно √2 (с точностью до 4 знаков). Сделано так для того, чтобы при складывании листа по полям пропорции его сохранялись

Итак корень из двух, было первым иррациональным числом, но не стало самым известным, так как используется довольно редко. У его более успешных конкурентов (π или е) есть даже свои праздники в календаре.

Но именно корень из двух сломало математику древних греков одновременно открыв новую страницу в математике — иррациональные числа.

Как вообще, Швеция, страна с населением всего 10 миллионов человек смогла создать самолет, который стал успешным не только в своей стране но и во всем мире?

Чем хорош Gripen?

JAS 39 Gripen — очень удачный самолет. Это результат многолетнего развития технологической школы. Из поколения в поколение шведские инженеры делали свои, уникальные, самолеты, отказываясь от более легкого пути — купить то, что уже сделали другие. Так и получился возможно лучший в мире истребитель по критерию цена/эффективность.

Gripen (в переводе со шведского — «Грифон») — это многофункциональный самолет, который может и завоевать превосходство в воздухе и уничтожать наземные и морские цели. Он недорогой, простой в обслуживании и надежный. При этом, самолет постоянно модернизируется и не отстает от других легких истребителей ни по тактико-техническим характеристикам ни по электронике.

Есть недостатки, но достоинств у него гораздо больше.

История создания

Как Швеция, не самая богатая, совсем не большая по населению и не самая могущественная страна смогла создать такой самолет?

Первое, что нужно сказать — Швеция не состояла в НАТО, как другие страны Европы. При этом угроза со стороны СССР в случае большой войны существовала.

Поэтому Шведские ВВС никогда не отказывались от собственной разработки и производства боевых самолетов. Конечно, это были специфические самолеты, так как учитывали в первую очередь географические особенности и стратегию Швеции.

Второй нюанс. Швеция — страна небольшая. А в случае войны в первую очередь будут разрушены аэродромы. Значит тыла практически нет, самолеты нужно хорошо прятать и рассредоточивать.

Отсюда появилась идея, что шведский боевой самолет должен был мало зависим от аэродромов, которые все равно уничтожат.

Поэтому Грипен (как и его предшественники) может садиться на специально подготовленные участки шоссе, куда должны прибыть машины обслуживания и персонал.

Там он будет быстро обслужен и перевооружен минимальным количеством персонала за минимальное время. Для этого на прямых участках автодорог создавались специальные боковые 12-ти метровые расширения, которые должны были служить стоянками для самолетов и техники.

Точно такие же требования выдвигались и ранее для предшественников Грифона Saab 35 Draken и Saab 37 Viggen.

Многозадачность

JAS означает Jakt, Attack, Spaning — истребитель, штурмовик, разведчик. То есть с самого начала это был многоцелевой самолет, который должен был объединить все роли. Маленькой Швеции было бы дорого иметь разные самолеты для разных задач.

Разработкой и производством должен был заняться консорциум Industrigruppen JAS AB. Это не только Saab-Scania, но и Volvo Aero, Ericsson, Svenska Radioaktiebolaget Communications и FFV Aerotech.

Работы стартовали в 1979 году с технического задания а уже в 1988 первый самолет взлетел.

Это довольно быстро, для абсолютно нового самолета 4-го поколения. Для сравнения, на создание Eurofighter Typhoon, которым занималось сразу несколько стран, потребовалось 11 лет.

Первый полет состоялся 9 декабря 1988 года, а на вооружение ВВС Швеции самолет поступил в 1996 году в версиях Gripen A (одноместный) и B (двухместный).

Ранние версии A/B и C/D оснащались радаром Ericsson PS-05/A, с дальностью до 120 км для целей с ЕПР 5 квадратных метров, который мог одновременно отслеживать 10 целей и 4 из них обстреливать.

Лицензионный американский двигатель General Electric F404 (такой же стоял на F-18) позволял самолету разгоняться до скорости 2 Маха и поднимать в воздух 5 тонн вооружения.

В 2019 году была представлена версия E/F с новым двигателем General Electric F414 который позволил увеличить максимальную  скорость до 2,2 Маха и дал возможность поддерживать сверхзвуковую скорость без форсажа.

Улучшение коснулось и электроники. Новый радар с активной фазированной решеткой Raven ES-05 от итальянской компании Leonardo имеет дальность до 200 километров, возможность сопровождать 20 целей и обстреливать 8 из них, в том числе новый радар имеет возможность наводить вооружение на цели на земле.

У версии E/F возросла боевая нагрузка с 5,3 до 7,2 тонн! В дополнение ко всему самолет получил новое вооружение: ракеты Meteor и Storm Shadow.

Сейчас Gripen E на равных борется в тендерах с конкурентами из более богатых и больших стран, и часто побеждает.

Технические характеристики Gripen

Технические особенности

Что отличает Gripen от других истребителей его поколения? Конечно — технологичность. Точнее, эксплуатационная технологичность.

Благодаря модульной архитектуре, вышедший из стоя блок можно быстро заменить. Ко всем важным узлам и агрегатам обеспечивается легкий доступ.

Это означает что команда из одного инженера и 3 техников, при необходимости, может выполнить предполетное обслуживание самолета за 10 минут. Поверить все системы, заправить, подвесить вооружение. Двигатель или радар можно заменить всего за пол часа.

Самолет даже можно заправить «по-горячему», без выключения двигателя. Все для того, чтобы сократить время простоя на земле.

Поэтому Gripen имеет самую низкую стоимость часа полета в классе: от 4000 до 7000 долларов в зависимости от версии. Дешевле не смог сделать никто.

Техническое обслуживание Gripen где-то в лесу

Может показаться что для боевого самолета все это не важно. Но это не так.

Возможность быстрого обслуживания напрямую влияет на такой показатель как «коэффициент оперативного напряжения».

Простым языком, это показатель того, какой процент самолетов может быть использован, а сколько из них остануться на земле, потому что им нужен ремонт или техническое обслуживания.

Шведский истребитель объективно лучший по этому показателю. Грипен может очень быстро быть подготовлен к боевому вылету, совершить его и быть снова готовым ко второй мисси за минимальный промежуток времени.

Даже если приземлиться на дороге в лесу.

Современные материалы

Gripen на 30% состоит из композитных материалов, что существенно снижает массу и влияет на снижение радиолокационной заметности. Конечно, это не комплексные стелс технологии, но меры по снижению заметности все таки предприняты. А это повышает шанс выжить в бою.

Воздухозаборники двигателей выполнены с изогнутыми каналами, благодаря чему лопатки компрессора остаются скрытым от радара противника. Корпус не имеет никаких лишних деталей, там где это возможно было сделать. Также предприняты меры для снижения тепловой заметности, благодаря новым двигателям GE F414.

Полностью спрятать вооружение внутрь самолета (как F-35) Грипен не может, и не может поэтому считаться 5-м поколением истребителей. Но зато, это честное 4+, а возможно и 4++.

Аэродинамика

Gripen спроектирован по схеме «утка», это уже классическое решение для европейских истребителей. Вместо заднего горизонтального оперения, используется переднее (ПГО или канарды), как у Rafale и Eurofighter. Такая компоновка увеличивает маневренность и устойчивость, снижает сопротивление.

Также наличие канардов делает самолет статически неустойчивым, но для истребителя это преимущество, а не недостаток. Такая компоновка обеспечивает большую маневренность.

Gripen ВВС Чехии в ливрее Tiger Meet

Tiger Meet — это ежегодные совместные учения, символом которых является тигр. Поэтому самолеты получают «фестивальную» тигровую раскраску или ее элементы.

Грипен имеет интегральную компоновку, что означает плавное соединение крыла и фюзеляжа. Так фюзеляж тоже создает подъемную силу (около 30%), а не только сопротивление.

Треугольное крыло — оптимальный вариант для сверхзвукового полета, при этом Gripen остается очень маневренным на дозвуковых скоростях и даже может взлетать с полос длиной всего 400 метров и садится на полосы длинной всего 500 метров. Что означает низкую посадочную скорость и безопасность.

Электроника и РЭБ

Главное преимущество Gripen E перед более старыми моделями — его новый радар с активной фазированной решеткой на основе нитрида галлия с возможностью механического поворота антенны.

Если радар собран из нитрид-галлиевых модулей (GaN) это означает что:

• он будет более мощным при тех же размерах
• иметь большее разрешение
• потреблять меньше энергии (и меньше греться)

Что же до возможности поворота антенны — это возможность обзора на 100 градусов, что в бою позволяет иметь больший обзор, чем противник. Например, обстреливать цель которая находится сбоку, а не спереди. Фактически стрелять в одну сторону, а лететь в другую.

Шведский истребитель не стелс, поэтому ставка была сделана не на скрытность, а на умение «давить» частоты противника помехами или создавать иллюзии для радара противника.

В SAAB была разработана система РЭБ Arexis EW (Electronic Warfare). Она может:

• Обнаруживать угрозы с любого направления (облучение радаром или приближение ракеты)
• Подавлять вражеские радары с помощью помех
• Перехватывать сигнал радара и искажать его. Создавать впечатление, что цель находится не там где на самом деле или создавать несколько ложных целей
• Отклонять вражеские ракеты, подменяя данные о своем местонахождения

Эта система РЭБ может обнаруживать угрозы на расстоянии до 300 километров и подавлять их на расстоянии до 100

Также в арсенале есть система под названием TIDLS (Tactical Information Data Link System). Это шведский аналог системы Link 16, но с большей производительностью и скоростью. Она позволяет истребителю обмениваться данными с летающим радарами и другими истребителями. Так Грипен может не обнаруживать себя, а действовать по внешнему целеуказанию.

Тактико-технические характеристики

ТТХ Gripen не феноменальны, но он не уступает свои конкурентам ни по скорости, ни по боевой нагрузке, ни по дальности.

Быстрый, маневренный, несет много вооружения и оснащен передовой электроникой. Он вполне на равных способен тягаться (и побеждать) и с F-16, и Миг-29, и с китайским J-10. В классе легких истребителей он не уступает никому.

*Боевой радиус рассчитывается из условия что: самолет будет вооружен 4 ракетами среднего радиуса и двумя ракетами ближнего, а также оснащен одним подвесным топливным баком.

Gripen vs F-16

Грипен часто сравнивают с F-16 и это правильно. Самолеты действительно очень похожи. Оба недорогие, однодвигательные, маневренные, очень хорошо вооружены. У обоих хороший потенциал модернизации. Но кое в чем «Грифон» лучше «Сокола».

F-16 более крупный и тяжелый самолет. Это значит, что при адекватной компоновке у большего самолета будет преимущество за счет большего объема внутренних топливных баков. Он сможет пробыть в воздухе дольше и нести больше вооружения. Кстати, точек подвески у него 11 против 10. Также американский истребитель может нести более широкую номенклатуру вооружения.

У F-16 более мощный двигатель и выше тяговооруженность, на больших скоростях и в вертикальный маневрах он будет выигрывать

Боевой опыт и опыт эксплуатации… Тут F-16 наверное уже нельзя будет превзойти. Он неоднократно был проверен в реальный боевых вылетах, находится на службе в 27 странах и самих самолетов выпущено уже 4600 штук.

Почему Грипен лучше F-16

Gripen E/F имеет возможность поддерживать сверхзвуковую скорость без форсажа, F-16 такой возможности лишен. Также Gripen более маневренный из-за меньшего веса, меньшей нагрузки на крыло и компоновки (переднее горизонтальное оперение).

Радар на основе нитрида галлия дает существенны преимущества. Американские самолеты (ни один из них) еще не получали радары созданные по этой технологии.

Gripen также менее заметен для радаров за счет меньшего размера, более массового использования композитов и S-образных воздухозаборников.

Gripen может быть вооружен как американскими ракетами AIM-120 так и европейскими дальнобойными Meteor. А вот F-16 использовать «Метеор» не может.

Шведский самолет менее требователен к дине взлетной полосы и к ее качеству. Он буквально создавался для взлета и посадки на обычную автодорогу. Так же он может похвастаться лучшим в мире временем подготовки в вылету — 10 минут.

Чтобы заправить, вооружить и проверить F-16 по регламенту требуется 45 минут! Некоторые части в реальной боевой обстановке справляются быстрее — за 30 минут. Что все равно в 3 раза дольше.

Дело не в том, что F-16 более сложный в обслуживании, просто Gripen лучший в мире по этому показателю.

И наконец, Gripen — дешевле. И хоть сравнивать напрямую стоимости контрактов нельзя (не всегда известно, что именно включено в контракт: вооружение, обучение пилотов и персонала, запасные двигатели…), но никто не спорит с тем что стоимость часа полета «шведа» обходится значительно дешевле.

По вполне официальным документам, стоимость летного часа для F-16 — $23000. В тоже время, эксплуатация современного Gripen E обходится всего $7000 за час полета.

ТТХ в Gripen сравнении с конкурентами

*Тяговооруженность обычно рассчитывается для условия, что истребитель будет иметь 50% массы топлива, 2 ракеты ближнего радиуса и 2 среднего.

Сравнивать Грипен с Рафаль, Ефрофайтером, Су-35 или F-18 не имеет смысла, так как у всех них два двигателя и это сильно влияет на ТТХ самолета.

F-35 хоть и однодвигательный, но все же это самолет пятого поколения, объективно сравнить тоже не получится.

Недостатки

Недостатки у Gripen, тоже есть. Если сравнивать с F-16 то это:

• Меньшая тяговооруженность
• Меньшая боевая нагрузка
• Относительно небольшое количество самолетов (F-16  построено уже более 4600 штук)
• Слабые производственные мощности. Сааб не может быстро нарастить выпуск даже если поучит заказ
• Зависимость от иностранных комплектующих (двигатель, радар, авионика, шасси…)
• Отсутствие опыта эксплуатации в реальный боевых условиях

Кто покупает Gripen

Популярность шведского истребителя все время растет. В 2025 году этот самолет эксплуатировался в ВВС семи стран и еще столько же могут скоро стать обладателями «Грифона».

Интересно, что основными покупателями являются не самые богатые страны: Бразилия, Чехия, Венгрия, Южная Африка. Некоторые из них не могут заплатить сразу всю сумму по контракту и приобретают истребители в лизинг.*

*Лизинг —это долгосрочная аренда с правом выкупа в конце срока.

На фото можно увидеть самолеты Чехии, ЮАР, Таиланда, Швеции и даже Великобритании

Самый амбициозный покупатель — Бразилия. Страна со своей собственной авиационной промышленностью. Она не просто купила шведские самолеты, но и наладила частичное производство на своей территории.

Те кто побогаче рассматривают Gripen в качестве альтернативы F-35 поставки которых задерживаются из-за высокого спроса. Также и политические риски со стороны США сильно возросли. А покупка истребителя — это долгосрочный проект.

Поэтому Канада, Филиппины и Португалия планируют отказаться от закупки американских самолетов в пользу шведских, недорогих и во всех смыслах надежных.

Боевое применение

Gripen участвовал в боевых действиях в Ливии в 2011. Он в течение трех месяцев патрулируя небо над страной, но так как сбивать было некого, в воздушных боях не принимал участие. Ударов по наземным целям тоже не наносил.

ВВС ЮАР использовали свои истребители во время миротворческой мисси (против повстанцев) в Конго с 2013 по 2019. Воздушных боев по понятным причинам не было.

В 2025 году Королевские ВВС Таиланда использовали свои самолеты для нанесения ударов по наземным целям в Камбодже. У ВВС Камбоджи своих истребителей просто нет, поэтому противопоставить они просто ничего не могли.

Итак, можно сказать что в реальном воздушном бою Gripen еще ни разу не побывал. Но в учениях принимал участие много раз. И даже сталкивался в учебных боях с F-16.

Как Gripen побеждал на учениях

В учебных боях против американских F-16 Block 50 против Gripen C последний побеждал (иногда с сухим счетом).

Он оставался не обнаруженным в дальнем бою и оказывался более маневренным в ближнем. ТО же самое произошло во время учебного боя с F-16 ВВС Норвегии, шведский истребитель превосходил за счет лучшего радара и более высокой маневренности.

ВВС Таиланда устраивали учения с ВВС Китая в 2015 году. Gripen С противостоял китайским J-15 (Копия Су-27). Полный разгром китайских пилотов. Тайские «Грифоны» продемонстрировали счет 41/9 в свою пользу в дальнем воздушном бою и 10/0 в ближнем.

Gripen, Rafale, Eurofighter, Tornado — Tiger Meet

Неужели Gripen непобедимый самолет? Совсем нет.

В учебных боях против F-15 и Eurofighter он уступал. Более тяжелые самолеты оснащены более мощными радарами и обнаруживают Грипен раньше. Также двухдвигательные истребители имеют большую тяговооруженность. Хотя в ближнем бою шведский истребитель более маневренный он все равно одерживал победы только в 30% случаев.

Часто Gripen использовался в роли «агрессор» против самолетов пятого поколения F-22 и F-35. Результаты этих симуляций не разглашались, но по отзывам пилотов ясно, что в дальнем бою против стелс-истребителей самолет четвертого поколения проигрывает с разгромным счетом.

Шансы есть только в ближнем воздушном бою. Но оцениваются они как 50 на 50 а иногда и намного меньше. Все-таки технология малой заметности дает большое преимущество, а F-22 обладает еще и изменяемым вектором тяги, что очень сильно влияет на его маневренность.

Вооружение

Грипен изначально задумывался как многоцелевой самолет. Поэтому вооружен он хорошо и разнообразно.

Ракеты Метеор и MICA

Ракеты воздух-воздух

• MBDA Meteor — ракета большой дальности с прямоточным двигателем, который позволяет додерживать постоянную сверхзвуковую скорость и поражать цели на дистанции больше 100 км
• MICA — ракета средней дальности с инфракрасной ли радиолокационной головкой самонаведения
• IRIS-T — ракета средней дальности
• AIM-120 — ракета средней дальности
• AIM-9 Sidewinder — ракета малой дальности с инфракрасной головкой самонаведения
• A-Darter — ракета малой дальности совместного производства Бразилии и Южной Африки

Gripen был первым истребителем получившим на вооружение ракету Метеор

Ракеты воздух-поверхность

• Taurus KEPD-150 — крылатая ракета большой дальности (500 километров)
• Storm Shadow — малозаметная крылатая ракета большой дальности

Противокорабельные ракеты

• RBS-15 — противокорабельная ракета SAAB

Бомбы

• GBU-12 Paveway с лазерным наведением
• Mark 82 — свободнопадающие бомбы
• GBU-39 — высокоточные планирующие бомбы

Gripen в Украине

Официальных данных о намерении передать Украине Грипен пока нет.

Но заявления о ознакомлении пилотов и техников с шведскими машинами, передача самолетов ДРЛО и, наконец, выделение определенных крупных сум говорит о том, что подготовка персонала скорее всего идет. Значит и самолеты рано или поздно появятся.

К тому же намерение построить завод по сборке Грифонов в Украине и готовности продать сотню новейших Gripen E шведское правительство озвучило. И даже оформило в виде меморандума в 2025 году.

Нужен ли Украине недорогой, надежный, современный самолет? Конечно нужен.

Даже если в итоге ВВС Украины получат версии Gripen C/D (хотя официальные лица почему-то часто упоминают именно версию E) без АФАР и крейсерского сверхзвука, это будет означать серьезное усиление возможностей.

Даже не самый новый Грипен способен на большее, чем F-16 за счет более дальнобойный ракет Метеор и крылатых ракет Storm Shadow/Scalp.

Gripen и AI

SAAB заявляет о внедрении искусственного интеллекта в электронику Грипен. Так анализу сигнала поступающего от радара помогает нейросеть. Это позволяет «переигрывать» противника в сценариях радиоэлектронной борьбы. ИИ справляется с задачей подбора нужной частоты или наоборот, с отделением полезного сигнала от помех лучше чем стандартные алгоритмы.

Также интересным решением было превратить самолет в беспилотник. Шведский инженеры провели испытания и доказали, что истребитель может выполнять задачи под управлением искусственного интеллекта без участия живого пилота. На обучение и интеграцию нейросети ушло всего 6 месяцев.

Gripen лучший?

JAS 39 Gripen без сомнения выдающийся боевой самолет. Простой, дешевый и при этом очень эффективный (если сравнивать его с машинами его же класса).

В классе однодвигательный легких истребителей он объективно один из лучших. И тем больше уважения заслуживает, если вспомнить, что Швеция, маленькая страна. Во время создания самолета она не входила ни в какие альянсы. Ресурсов было очень мало.

Шведы не только сохранили собственную школу авиастроения, но и смогли выйти на международный рынок. И там «Грифон» потеснил такого признанного лидера как США с их легендарным F-16 и высокотехнологичным F-35.

Крейсерская скорость

Простыми словами крейсерская скорость — это такая скорость, которую самолет может поддерживать достаточно долго, чтобы преодолеть нужное расстояние при оптимальном расходе топлива на определенной высоте*.

То есть скорость, которая дает самое оптимальное отношение расхода топлива и определенной дальности полета. Это не значит, что крейсерская скорость нужна исключительно для экономии топлива. Это именно оптимальный баланс между расходом топлива и временем в пути. Ведь время, это тоже экономический фактор.

*Такая высота тоже называется крейсерской.

Обычно самолеты летают на высотах от 9 до 11 тысяч метров. Потому, что плотность воздуха на такой высоте ниже, а значит и его сопротивление будет меньше. В то же время, количество кислорода достаточное чтобы двигатели могли работать. Так что высота полета, это тоже компромисс.

Для пассажирских самолетов, это означает, что скорость будет достаточной для того, чтобы быстро доставить пассажиров или груз и при этом не такой большой, чтобы расход топлива не сильно увеличивал стоимость километра пути.

Дело в том, что при повышении скорости, сопротивление воздуха, а значит и расход топлива растет не линейно, особенно заметный скачек сопротивления наблюдается в при достижении скорости близкой к скорости звука (звуковой барьер). Поэтому гражданские самолеты и летают на скоростях 0,8-0,9 маха. То есть не достигая немного скорости звука.

Ведь гражданскому судну важно не только расходовать минимум топлива на километр, но и достаточно быстро попадать в пункт назначения чтобы, за определенное время успеть сделать несколько рейсов. Обычно для пассажирского самолета крейсерская скорость это примерно 80% от максимальной.

Для боевого самолета ситуация похожая. Если это бомбардировщик, для него важно доставить как можно больше бомб или ракет, как можно дальше. При этом скорость должна быть не слишком низкой (чтобы не перехватили и не сбили) и не слишком большой, чтобы не тратить топливо слишком быстро.

Для истребителя математика та же, только дело обычно не в дальности как таковой, а во времени на протжении котрого он может находится в воздухе и выполнять свои задачи. Крейсерская скорость истребителя (в случае если это современный самолет и его двигатели могут поддерживать сверхзвуковую скорость без форсажа) может быть и сверхзвуковой. То есть это будут уже две крейсерские скорости — для дозвукового режима и для сверхзвукового.

То есть крейсерская скорость — это оптимальная скорость для конкретной задачи, которую самолет обычно выполняет.

В английском языке такую скорость разделяют еще на 2 понятия:

• Long Range Cruise (LRC)
• Maximum Range Cruise (MRC)

Long Range Cruise

Это оптимальная скорость полета, наилучшее соотношение времени в пути и стоимости полета. Обычно именно она имеется в виду когда речь идет о «крейсерской скорости».

Maximum Range Cruise

Это скорость на которой самолет достигнет наибольшей дальности при определенном запасе топлива. То есть пролетит большее расстояние, потому, что расход топлива будет меньшим.

На практике не применяется кроме как для установки рекордов по дальности или в случае когда по каким-то причинам нужно долететь до какого-то дальнего аэропорта не предусмотренного в планах. Простыми словами, нужно очень сильно долететь как можно дальше.

Такую скорость самолета часто называют просто «экономической скоростью»

Почему скорость крейсерская

Термин крейсерская скорость применяется, конечно, не только к самолетам.

Ведь в авиации нет никаких крейсеров, это же не флот. Так откуда взялся термин и что он значил с самого начала.
Крейсер — это корабль предназначенный для крейсерских действий (то есть действий на коммуникациях противника).

Например, охоты за торговыми судами противника, патрулирования, защити собственных торговых путей. Корабль должен находится в плавании долго и действовать самостоятельно.

kruisen — это голландское слово и означает оно «плавать по маршруту»

Так термин «крейсер» означал корабль который может уходить в длительные походы и при этом оставаться достаточно быстрым и маневренным, чтобы кого то догнать и потопить.

Важно отметить два момента: достаточно долго и достаточно быстро.

Максимальная скорость

С максимальной скоростью самолета все понятно. Это максимум который можно «выжать» из самолета. Но есть нюанс.

Обычно максимальная скорость достигается в идеальных условиях. Например, на определенной высоте, с неполными баками и с уменьшенной полезной нагрузкой (с двумя ракетами вместо четырех или вообще без оружия). Просто ради того, чтобы проверить возможно ли разогнаться до определенного предела.

В реальных же условиях никто не пытается преодолеть звуковой барьер у земли, слишком плотная атмосфера. А все заявления журналистов или блогеров указывают только на непонимание того, что происходит на самом деле.

Также максимальная скорость может ограничиваться условиями полета (масса самолета, высота полета, маневры которые он совершает), возрастом самого воздушного судна (планер может быть уже изношен и рисковать не стоит) и другими ограничениями.

Так что максимальная скорость часто существует только «на бумаге».

Экономическая скорость

Тут действительно все просто. Это такая скорость при которой расход топлива минимален. Основная цель — экономит топливо. Как долго будем добираться уже не важно.

Важно либо долететь на максимальное расстояние, либо потратить минимум топлива, либо пробыть в воздухе как можно дольше.

Например, патрульный самолет Второй Мировой PBY «Каталина» мог находится в небе до 20 часов. PB — означает «патрульный-бомбардировщик». Его задачей как раз было как можно дольше патрулировать заданный район, чтобы обнаруживать подводные лодки, корабли или проводить спасательные операции.

«Каталина» до сих пор летает

Интересно, что самолет впервые поднявшийся в небо в 1935 году использовался в качестве пожарного самолета до 2014 года. И даже сейчас многие экземпляры все ще летают, правда уже в качестве частных самолетов в коллекциях энтузиастов.

Очень удачным получился самолет, к тому же и очень красивым и с полезным умением садится на воду.

Чем отличается крейсерская скорость от экономической?

Экономическая — используется скорость для максимальной экономии. Крейсерская — для оптимального баланса между всеми параметрами определенной задачи.

В чем разница

В истории есть хороший пример.

У легендарного разведчика SR-71 Black Bird (Черный дрозд), максимальная скорость составляла 3,3 Маха, а крейсерская — 3,2.
Это значит, что на высоте в 25 километров «Черный дрозд» мог долго поддерживать скорость около 3500 километров в час.

Самый быстрый самолет в истории

В то же время не менее известный советский перехватчик Миг-25 развивал максимальную скорость 2,8 Маха или 3000 км/час на высоте 21 километр.

Задачей Миг-25 как раз таки был перехват американского разведчика (Или перспективного в то время бомбардировщика XB-70 «Валькирия» который так и не был принят на вооружение).

Может показаться, что разница в скорости не большая, учитывая что мигу не нужно сбивать нарушителя из пушки.

Есть же ракеты Р-40 скорость которых целых 5 скоростей звука, то есть 5700 километров в час. Складываем 5700+3000 и получаем скорость которой вполне достаточно чтобы догнать и сбить любой самолет.

Интересно, а сколько SR-71 перехватил Миг-25? Вообще-то ни сколько. И вовсе не потому, что американские разведчики боялись перехвата.

Для Миг-25 скорость в 2,8 Маха была максимальной которую самолет мог развить.

Правилами выполнения полетов разрешалось держать такую скорость только 5 минут, дальше — скорость нужно было уменшать, иначе перегревался планер и фонарь кабины и это могло закончится разгерметизацией. Перегрев топлива тоже ни к чему хорошему привести не мог.

Предельная температура была установлена в 290 градусов Цельсия. При такой температуре прикасаться к фонарю даже в перчатках было опасно.

Интересно, что если внимательно посмотреть на брошенные самолеты Миг-25 можно увидеть что остекление их имеет желтый оттенок и очень мутное. Это результат многократного перегрева материала.

У разведчика таких проблем с нагревом не было, он изначально был спроектирован именно так, чтобы летать на такой огромной скорости долго.

Он почти весь был собран из титана, чтобы фюзеляж мог выдерживать температуру до 500 градусов Цельсия в носовой части, панели имели зазоры до 1 сантиметра чтобы обеспечивать тепловое расширение, а стекло кабины было рассчитано на температуру 320 градусов.

В результате при скорости на которых Миг-25 мог находиться без последствий только 5 минут, SR-71 мог действовать часами.

Итак Миг-25 не мог перехватить цель именно потому, что цель двигалась на крейсерской скорости, а Миг — на максимальной. То есть перехватчик мог лететь так только очень короткое время. Так разведчик мог легко избежать с ним встречи.

Итак, термин «крейсерская скорость» на самом деле не так прост, как могло показаться в начале. Но при этом, раскрывает много интересного.

И разных ситуациях одно среднее будет правильным, а другое — нет, хотя набор данных один и тот же.

Понять, что такое среднее — просто. Вот высокое дерево, а от низкое, а это — среднее.

В школе нас учат как найти среднее значение. Тоже просто: собрали все значения, что есть и разделили на количество этих значений. Это называется «среднее арифметическое». С самого простого и начнем…

Среднее арифметическое

Это то самое среднее, о кортом говорят нам в школе. Казалось бы все просто:

1. Суммируем все значения
2. Делим на их количество
3. Получаем среднее значение

Когда можно использовать

1. Только если значений очень-очень много. Средняя температура за лето — это нормальный показатель, а вот средняя температура за два дня — нет.
2. Данные должны быть однородными*
3. Также данные, которые нужно усреднить, должны близкими по значению, иначе «среднее» становится бесполезным.

Дело в том, что среднее арифметическое очень плохо реагирует на так называемые «выбросы». То есть на ситуации когда одно из значений аномально большое или маленькое. А в реальной жизни так бывает часто.

Пример: Средняя зарплата в офисе

Предположим, что в компании работает 10 человек. Девять из них получают 100 долларов, а вот десятый (большой начальник) получает 10 тысяч.

Получается, что средняя зарплата — 1090 долларов (красная линия на графике). Но столько вообще никто не получает! Простые работники зарабатывают в 10 раз меньше, а их руководитель —  10 раз больше!

Среднее арифметическое в такой ситуации вообще становится бесполезным показателем. Такая ситуация хорошо описывается классической фразой «средняя температура по больнице» — интересно, но бессмысленно.

Как раз для таких случаев существует другая средняя величина — медиана (желтая линия на графике).

По английский среднее – Average. Но происходит оно от французского avarie или итальянского avaria. Это ситуация (авария то есть) когда торговое судно потерпело крушение и товар, который оно перевозило был потерян. Тогда убытки делились пропорционально между всему кто инвестировал деньги в это предприятие.

Что такое медиана

Медиана – это буквально «значение из середины» ряда чисел. Чтобы узнать медианное значение, нужно просто выбрать значение находящееся на одинаковом расстоянии от самого маленького и самого большого значения в ряде чисел.

Медиана — означает посередине

Например:

У нас есть значения 30, 80, 90, 65, 44, 180, 50.

1. Нужно упорядочить этот ряд от меньшого к большему
2. Выбрать середину

30, 44, 50, 65, 80, 90, 180.

Медианное значение — 65. Именно оно находится в середине ряда чисел. А вот среднее арифметическое для этих данных будет — 77.

В примере со средней зарплатой нужно использовать медиану, она дает лучшее представление о реальных доходах. Медианой зарплатой будет как раз 100 долларов.

Мода

Мода — это просто значение, которое встречается чаще всего. Примере с зарплатой, мода — это 100, так же как и медиана.

*Однородность данных — это важно. Нельзя при измерении среднего роста принимать во вменение баскетбольную команду вашего городка. Или в включать в расчеты средней зарплаты рабочих, топ менеджеров даже работающих в той же компании.

Среднее геометрическое

Еще одно полезное среднее. Чаще всего используется для оценки пропорциональных значений, например, темпов роста чего-либо.

Чтобы почитать среднее геометрическое нужно перемножить се значения и взять корень такой степени, сколько значений мы оцениваем. Из примера будет ясно как это делается.

Например, оценка доходности инвестиций

Представим, что в первый год мы получили прибыль в 50%, во второй — 20%. Ну, а в третий год потеряли -25%. Рассчитываем три значения значит корень будем брать из трех

Коэффициенты роста:

1. x 1,5
2. x 1.2
3. x 0.75

Геометрическое среднее: 1,5 х 1,2 х 0,75 = 1,35. А кубический корень будет равен ≈1,105. То есть средний прирост доходности инвестиций 10,5% в год.

Среднее арифметическое в этом случае показало бы 15% доходности.

А это неправильно, и это легко проверить. Предположим что инвестиция это 1000 долларов.

• Первый год: 1000+1000 х 1,5=1500
• Второй год: 1000+1000 х 1,2=1800
• Третий год: 1000+1000 х 0,75=1350

За три года прибыль составила 350 долларов. Если разделить 350 на 3 получим 11,7%, что намного ближе к среднему геометрическому чем арифметическому.

Среднее гармоническое

Можно сказать, что это средняя арифметическая наоборот. Здесь нужно делить не сумму значений на их количество, а наоборот — количество делить на сумму «обратных значений».

Пример среднего гармонического

Если есть три числа: 2, 5 и 8 их среднее гармоническое считается так:

3/(1/2+1/5+1/8)= 3/(0,5+0,2+0,125)≈3,64

Среднее гармоническое удобно применять для расчета средней скорости.

Предположим, что машина проехала расстояние в 100 километров одну сторону со скоростью 100 км/час, а обратно — со скоростью 50 км/час. Какой была средняя скорость?

Если применить школьную арифметику, то: (100+50)/2=75 км/час

А если использовать среднюю гармоническую:

1. Берем «обратные» значения скоростей 1/50 и 1/100
2. Суммируем 1/50+1/100=0,02+0,01=0,03
3. Количество наблюдений (2) делим на 0,03. Получаем 66,7 км/час

Проверяем:

1. Путь туда занял: 100/50=2 часа
2. Путь обратно занял: 100/100= 1 час
3. Всего туда-обратно: 2+1=3 часа
4. Общее расстояние:100+100=200 км
5. Средняя скорость на 200 км пути: 200/3=66,7 км/час

Ну никак не 75 километров в час, если бы мы посчитали «по-простому». С использованием формулы средней гармонической величины рассчитывается средняя путевая скорость.

Это правильно так как при расчете учитывается время пути (как в проверке выше), то есть расчета среднюю путевую скорость мы учтем такие «мелочи» как простои и задержки.

Среднее взвешенное

Это такое среднее значение, где у каждого параметра есть свой определенный вес. То есть одно значение может быть важнее чем другое.

Например, нужно посчитать среднюю оценку по предметам, но некоторые предметы менее важные чем другие. Или рассчитать средневзвешенный курс валют. Для этого нужно:

1. Нужно умножить сумму каждого параметра на его вес
2. Просуммировать
3. Разделить на сумму весов, в не на количество параметров

• Физика — оценка 4, а вес (то есть важность оценки) 3
• Математика — 3, вес 3
• Биология — 5, вес 1

Среднее взвешенное = (4х3 + 3х3 + 5х1) / (3+3+1) = (12+9+5)/7 = 3,7

Среднее арифметическое тех же оценок было бы другим –  4.

Другой пример: средневзвешенный курс валют

Предположим, что мы три дня покупали перуанский соль за багамские доллары.

• Первый день — 1000 S/ по курсу 3,2
• Второй день — 3000 S/ по курсу 3,1
• Третий день — 2000 S/ по курсу 3,4

Нужно объем валюты каждого дня умножить на курс и эту сумму разделить на сумму объемов за каждый день. Так мы учтем курс покупки за каждый день.

Средневзвешенный курс: (1000х3,2 + 3000х3,1 + 2000х3,4) / (1000+3000+2000) = 3,217

Другие средние

Это конечно не все средние величины которые используют в статистике, математике или физике.

Есть скользящее среднее, когда нужно сгладить какой-то «скачущий» график, например финансовый.

Эмпирическое среднее (иногда его называют выборочное среднее) — когда у нас нет сего набора данных, а есть только фрагмент, но мы считаем что среднее значение этого фрагмента будет примерно равняется среднему сей совокупности.

Среднее квадратическое — которое используют в теории вероятностей для расчета отклонения случайно величины от математического ожидания* (простыми словами среднее отклонение от среднего значения).

Математическое ожидание — аналог среднего арифметического в теории вероятностей

Как видите, количество различных средних очень большое, и считается они часто очень по-разному. Для каждого случая найдется что-то свое более точное.

Зачем считать среднее значение

Может показаться что средние значения в реальной жизни не нужны или по крайней мере используются нечасто. Математическая абстракция или развлечение для экономистов.

Ну что может означать средний уровень дохода, уровень интеллекта или средняя продолжительность жизни для обычного человека? Просто забавная цифра не несущая практического значения.

Но вот пример, когда такая величина просто необходима.

Представите, что вам нужно спроектировать самолет который будет перевозить 100 пассажиров на 2000 километров.

Вопрос: а сколько будут весить 100 пассажиров?

Мы же не хотим знать вес каждого пассажира каждого рейса, для этого их бы приходилось взвешивать. Все люди разные и у всех будет разный багаж.

Тут и пригодится средний вес пассажира и его багажа. Просто возьмем средний вес 70 килограмм, добавим средний вес багажа 15 килограмм и умножим на 100. Наш самолет должен поднимать в воздух 8,5 тонн полезного груза. Это хорошая цифра для начала расчетов.

Среднее значение как раз таки и нужно чтобы обобщать данные, обнаруживать тенденции и принимать решения не в частотных случаях, в  целом. Это упрощает расчеты и делает принятие решений на основе данных проще и надежнее.

Зачем самолету двигатель?

Самолет может летать без двигателя, правда очень недолго и исключительно вниз.

Дело том, что подъемная сила крыла возникает только при определенной скорости потока его обтекающего. А значит, чтобы летать — нужно постоянно двигаться.

Птицы для этого машут крыльям, а самолет тянет или толкает вперед именно двигатель. Не важно, реактивный двигатель, турбовинтовой или поршневой. Важно чтобы он давал крылу самолета досочную скорость.

Планера летают без двигателя, но для этого их обычно разгоняет либо другой самолет либо машина. Сами они не взлетают

Итак, двигатель – обязательная деталь такая же как крыло. Можно сделать самолет без фюзеляжа или без хвоста, но без двигателя не обойтись никак.

И самом начале развития авиации двигатель у самолета был один. Пока самолету нужно было возить только пилота, этого хватало.

Так когда и зачем появился второй двигатель?

Boeing 767 — два двигателя, теперь стандарт это стандарт

Зачем самолету два двигателя?

Первыми самолетами с двумя двигателями были французские самолеты Caudron G.4 (первый полет в 1915) и Farman F.60 «Голиаф» (1919). И оба они были бомбардировщиками. Правда Голиафа позже переделали в пассажирский самолет, но изначально он должен был возить не людей, а бомбы.

Два двигателя начали устанавливать на самолеты чтобы увеличить их грузоподъемность. Чтобы поднять в небо больший вес, нужна большая площадь крыла.

Большое крыло создает большое сопротивление, а значит нужно больше тяги. Самый простой способ увеличить тягу — поставить больше двигателей.

Первой компанией начавшей регулярные коммерческие рейсы была компания Handley Page Transport Ltd, а первым пассажирским самолетом был соотнесенно Handley Page Type O.

Тоже бомбардировщик, который после первой мировой войны превратился в пассажирский самолет. И у него тоже было два двигателя.

Он мог поднять  воздух 750 килограмм бомб или от 7 до 14 пассажиров.

Современные авиалайнеры

Сейчас абсолютно все современные авиалайнеры имеют минимум два двигателя. Вот только летать они могут на одном.

Дело в том, что любой современный пассажирский авиалайнер спроектирован так, чтобы в случае отказа одного двигателя, он мог продолжать полет на втором. Именно нормально продолжать полет, а не срочно приземляться где придется.

То есть два двигателя — это требование безопасности. И это требование закреплено законодательно. Большой пассажирский самолет просто не сможет пройти сертификацию, если у него один двигатель. Ни одна авиакомпания такой самолет не закажет.

Современные двигатели становятся все больше

А как же быть с одномоторными пассажирскими самолетами? Они ведь существуют.

Одномоторные самолеты — маленькие и все они могут в случае отказа двигателя планировать. То есть если у Cessna Caravan с 10 пассажирами на борту откажет двигатель, самолет не рухнет камнем вниз, а спланирует к ближайшему аэродрому, дороге или ровной площадке.

Cessna 208 Caravan — легкий пассажирский самолет

Аэродинамическое качество этого самолета позволит ему пролететь 20-30 километров если двигатель откажет на высоте 3 километра.

Сколько может планировать самолет без двигателей?

Большой пассажирский авиалайнер тоже может планировать, но из-за его веса приземление не будет мягким.

Есть два известных примера:

• Чудо на Гудзоне. Когда Аэробус A320 удачно приводнился на реку Гудзон спланировав с высоты 950 метров
• Планер Гимли. Boeing 767 спланировал с высоты 8,5 километров на заброшенную авиабазу Гимли на которой один из пилотов раньше служил

А есть еще много примеров где попытка спланировать привела к катастрофе. Не зря в названии инцидента есть слово «чудо».

Поэтому отказ одного двигателя на маленьком самолете и отказ двух на большом, это совсем не одно и то же. Тут размер имеет значение.

Но если два двигателя, это хорошо, то возможно три — еще лучше?

Почему нет самолетов с тремя двигателями

Первым пассажирским самолетом, выпуск которого был массовым стал Fort Trimotor. Уже из названия ясно, сколько двигателей у него было.

Три двигателя для самолета Форд было маркетинговым преимуществом, так обеспечивалась безопасность, ведь он мог продолжать полет даже на одном моторе.

Ford Trimitor — был популярен в свое время

В 60-70 годах прошлого века популярными были такие самолеты как Boeing 727 (выпущено 1832 штук), Douglas DC-10 (446) или Ту-154 (1026 штук). У всех их было три двигателя.

Но сейчас трех двигательные самолеты больше никто не проектирует, это не выгодно.

Если сравнить Боинг 737 с двумя двигателями и 727 с тремя, то окажется, что первый начал летать в 1968 году и его модификации производятся и сейчас (уже больше 12 000 самолетов было выпущено),а трехдвигательный 727 – с 1962 по 1984 и на этом его история завершилась.

Boeing 727 — тогда трехдвигательная компоновка была распространенным явлением

Три двигателя на самолете явно избыточны. Современный уровень развития технологий позволяет создавать большие и мощные двигатели. А два двигателя всегда будут весить меньше и потреблять меньше топлива чем три.

Немного посчитаем эффективность

Разделим тягу большего двигателя выпущенного в 1987 году на тягу старого двигателя той же компании меньшего размера. Получится 275/66=4,2. То есть для того чтобы обеспечить такую же тягу как у PW4000-94 нужно четыре двигателя JT8D-9.

Но весить все четыре будут 1543 х 4 = 6172 килограмма то есть в 1,4 раза больше чем один.

Ну а сжигать топлива будут в 8,8 раза больше! Нет такая эффективность мало кому понравится.

Ну а если сравнить двигатель 1964 года с двигателем 2016. Получится, что для замены одного нового, нужно три старых и потреблять топлива эти три будут почти в восемь раз больше.

Почему так? Обратите внимание на строки «степень двухконтурности» и «коэффициент повышения давления» весь секрет именно там.

Но для данной статьи важно то, что третий двигатель просто оказался лишним. Обеспечить любую нужную тягу теперь можно двумя двигателями. И если бы не требования к безопасности то и одним бы вполне справлялись.

Если чем меньше двигателей, тем лучше, а три двигателя — не самое удачное решение, то почему летают самолеты с четырьмя двигателями?

Четыре двигателя

Первым пассажирским реактивным самолетом был британский de Havilland Comet DH-106. Самолет оснащался четырьмя двигателями в корне крыла (так тогда многие делали).

Одним из первых пассажирских реактивных самолетов был — Боинг 707. И у него было четыре двигателя но уже под крылом.

Боинг 707 имел четыре двигателя

Легендарный Boeing 747 тоже имел четыре двигателя.

А у Vickers VC10 четыре двигателя были установлены в хвосте как и у Ил-62.

Но в современной авиации так больше никто не делает. По крайней мере в пассажирском сегменте.

Викерс VC-10 — так уже никто не делает

Гражданские грузовые самолеты, это чаще всего просто версии пассажирских, с соответственным количеством двигателей.

А вот в военно-транспортной авиации четырехдвигательная компоновка, это вполне обычное дело.

Например C-130 «Геркулес» — машина родом из 50-х го5ов двадцатого века широко используется до сих пор. Более «свежий» C-17 «Глобал мастер» тоже с четырьмя двигателями и Airbus A400M тоже.

Airbus A400M — 4 турбо-винтовых двигателя

Для военно-транспортных самолетов, четыре двигателя лучше чем два. И вот почему:

1. Большая масса груза означает большую взлетную массу, нужно много тяги
2. Если откажет один двигатель из двух, для тяжеленого самолета это будет проблемой. Если один из четырех — не будет
3. Самолету может потребоваться взлетать и садиться с неподготовленных полос, коротких полос, в жару или  разреженном воздухе гор. Значит нужен большой запас тяги, а экономичность отступает на второй план

Для военно-транспортных самолетов формула 2 лучше чем 4 не работает из-за их огромной взлетной массы. Два больших двигателя могут дать ту же тягу что и 4 меньшие. Но и весить они будут больше. А это значит нужно укреплять крыло, чтобы двигатель не отвалился при резких маневрах.

Для гражданских таких проблем с неподготовленными полосами и перегрузками на взлете и посадке просто нет. Поэтому сделать грузовую версию пассажирского лайнера, вполне логичная и правильная стратегия.

Самолет с 6 или 8 двигателями

Иногда четыре — это мало. У Ан-225 «Мрия» двигателей было шесть штук. Не потому что в СССР хотели сделать самый большой транспортный самолет  мире, который оказался никому не нужен. Точнее не только поэтому.

Мрию использовали для транспортировки космического корабля «Буран» на космодром и планировали использовать для программы «воздушный старт». Поэтому и понадобился такой огромный самолет.

У американских бомбардировщиков B-36 и B-47 тоже было по 6 двигателей. А у легенды B-52 целых восемь!

У Б-52 — восемь двигателей

B-52 — это стратегический бомбардировщик. Самолет весом  200 тонн должен пролетать 12 000 километров (длинна экватора — 40 000 километров). В годы его создания просто не было достаточно мощных двигателей, чтобы обеспечить самолет с таким характеристиками нужной тягой.

Проект замены 8 двигателей на 4 более мощные существовал и даже проводились испытания. Но было решено отказаться от переделки самолета под 4 двигателя из-за большой сложности. У B-52 8 старых двигателей TF33 будут менять на 8, но новых Rolls-Royce F130.

Замена двух маленьких двигателей TF33 одним большим TF-39 была признана неэффективной

Некоторые вещи никогда не меняются.

Когда один двигатель лучше

Для небольшого самолета — один двигатель всегда лучше чем два.

Хороший пример — истребители.

Во времена Второй мировой войны количество однодвигательных истребителей было гораздо большим чем двухдвигательный.

Например P-38 «Лайтнинг» американская промышленность выпустила около 10 000 штук, а P-51 «Мустанг» – 15 000 P-47 «Тандерболт» еще – 15 000,  F6F «Хелкэт» еще – 15 000….

Хотя первые реактивные истребители имели два двигателя, это было обусловлено низкой надежностью первых реактивных двигателей.

Позже все стало на свои места. Один самолет-истребитель — один двигатель.

Если истребитель был тяжелыми и маневренный бой не планировался, предпочитали ставить два двигателя, чтобы получить максимальную скорость.

Для очень массового и легкого F-16 была выбрана однодвигательная компоновка. Просто взяли тот же двигатель от «старшего брата» F-15, чтобы сэкономить на содержании всего авиапарка.

В СССР ситуация надежностью и ресурсом двигателя была похуже, поэтому после однодвигательного Миг-23 все истребители стали оснащать двумя, для надежности.

Но если сравнить близкие по весу и созданные в одно время F-16 и Миг-29 становится понятно почему один двигатель — лучше.

Американский истребитель имеет большую почти двое боевую нагрузку при почти равной взлетной массе. При этом скороподъемность у Мига выше на 30%, а максимальная скорость больше всего на 10%.

F-16 легко понимает в воздух два подвесных бака, четыре ракеты, четыре бомбы и прицельный контейнер AN/AAQ-33 и это для него не максимальная нагрузка

F-16 даже без подвесных баков имеет больший боевой радиус, а ведь у него остаются еще 2 «лишние» токи подвески именно для баков. То есть меньший самолет, с одним двигателем может взять больше вооружения и иметь большую дальность при ранимых показателях скорости и маневренности.

Второй двигатель «съедает» сам по себе много веса самолета, да еще и топлива для него нужно в два раза больше.

Другой пример. Сравним британский Harrier и советский Як-38.

Тут сразу видно, что британский штурмовик хоть и старше на 7 лет, но почему-то имеет боевую нагрузку в 2,3 раза больше и дальность в 2,5 раза больше.

Оба самолета вертикального взлета и посадки, создавались примерно в одно и то же время, внешне очень похожи. Как же так?

Hawker Siddeley Harrier — единственный успешный самолет вертикального взлета 20 века

У Хариера один двигатель от Роллс-Ройс, а у Яка целых три! Причем два из них используются только для взлета и посадки, все остальное время, это просто лишний вес.

Неужели советские инженеры не видели как сделан английский самолет? Просто в СССР не было такого двигателя как у британцев, чтобы обеспечить нужные характеристики.

В результате, советский Як-38 получил прозвище «самолет обороны мачты», так как в жарком климате его боевой радиус позволял фактически только взлететь облететь корабль и снова сеть на палубу. Як не мог даже взлететь в полной боевой нагрузкой полной заправкой, не хватало тяги.

Почему двигатели размещают под крылом

У большинства пассажирских самолетов двигатели размещают под крылом.

Когда двигатель внизу, обслуживать его проще и быстрее

Хотя существуют разные возможности компоновки:

1. Под крылом
2. Над крылом
3. В хвосте
4. Под фюзеляжем
5. Над фюзеляжем
6. Внутри фюзеляжа

Вариант размещения двигателей в хвосте сейчас не популярен, он используются в современных самолетах, но только если это небольшие бизнес джеты.

Просто потому, что время затрачиваемое на обслуживание — это убытки для авиакомпании. Пока самолет не летает, он не приносит прибыли. Поэтому двигатели внизу просто удобнее осматривать и обслуживать, не нужна лестница как в варианте с размещением в хвосте.

У Fokker 614 двигатели установлены на крыле

Размещение над крылом не используется по той же причине.

У боевых самолетов двигатели размещаются обычно внутри фюзеляжа. Отличается только размещение воздухозаборников.

Вариант размещения воздухозаборников под фюзеляжем популярен в боевой авиации. Потому, что при увеличении угла атаки (когда самолет задирает нос), в двигатели нормально попадает воздух. Над фюзеляжем размещают двигатели когда хотят обеспечить малую радиолокационную заметность.

Получается, что идеальное место для двигателя как раз внизу. Даже несмотря на то, что с увеличением диаметров двигателя места под крылом остается все меньше и меньше.

В итоге

То, сколько двигателей должно быть у самолета обусловлено тем, какие задачи он должен решать:

1. Пассажирский авиалайнер должен быть в первую очередь безопасным, а во вторую экономичным — два двигателя, хотя может летать и на одном
2. Военно-транспортный самолет должен быть мощным и надежным — чаще четыре двигателя, чем два
3. Легкий истребитель должен быть маневренным и быстрым — идеально, когда у него один двигатель
4. Палубный истребитель взлетает и садится в сложных условиях — второй двигатель обязателен
5. Тяжелый истребитель или истребитель-бомбардировщик должен быть быстрым и нести большую боевую нагрузку — значит нужно два двигателя
6. Бомбардировщик должен летать очень далеко и «возить» много — значит и двигателей будет много, чаще их будет четыре, а не два

В любом случае, один двигатель обходится дешевле, чем два, но в некоторых случаях приходится устанавливать больше по требованиям безопасности, скорости или грузоподъемности.

Скорость обычного вертолета редко превышает 200-300 километров в час. И даже военные вертолеты, для которых скорость полета может быть критически важной редко разгоняются выше 350 километров в час.

Кажется есть некий предел, быстрее которого летать не получается. Предел действительно есть.

Почему так, в чем причина? Все дело в основном отличии вертолета от самолета. У самолета крыло неподвижно, а у вертолета крыло, вращается, это и есть несущий винт.

Если у самолета крыло двигается ровно с той же скоростью что и сам самолет относительно потока воздуха, то у вертолета — она половина винта быстрее, а вторая, медленнее.

С какой скоростью летает вертолет

*Обычно, максимальная скорость всего на 5-10% выше чем крейсерская.

Для винта вертолета есть две скорости:

1. Угловая скорость вращения —  сколько оборотов в минуту делает винт
2. Линейная скорость относительно потока — с какой скоростью воздух обдувает лопасть

Лопасть которая движется в сторону полета называется наступающей (зеленая стрелка), а та которая движется в противоположную сторону — отступающей (желтая стрелка).

Скорость обдува наступающей лопасти — это сумма скорости самой лопасти и скорости вертолета (фиолетовая стрелка). А отступающей — разница между скоростью вертолета и скоростью лопасти.

Проблему для увеличения скорости полета создает как раз наступающая лопасть.

Придется немного посчитать на школьном уровне математики.

Расчет скорости вертолета

С угловой скоростью все понятно, больше «газа» — быстрее вещается вал. А вот линейная скорость рассчитывается так:

V=ωR

То есть, угловая скорость умножается на радиус. В нашем случае это длинна лопасти.

Если посчитать скорость на концах винта всех четырех вертолетов упомянутых выше получится очень интересно. Но для начала нудно перевести скорость вращения  из оборотов в минуту в другой формат — радианы в секунду. И конечно разделить диаметр винта на два, ведь нужен радиус.

• Ми-8: 20,11 рад/с
• Bell UH-1 Huey: 33,93 рад/с
• UH-60 Black Hawk: 27,02 рад/с
• Aérospatiale SA 330 Puma: 27,75 рад

Теперь получаем нужную скорость:

• Ми-8: $214,1\text{м/с = 770,6 км/ч}$
• UH-1 Huey: $\text{= 893,4 км/ч}$
• UH-60: $\text{= 795,7 км/ч}$
• Puma: $\text{= 749,2 км/ч}$

Мы получили скорость на кончиках лопастей если вертолет висит и не двигается. А вот если добавить максимальную скорость для наступающей лопасти:

• Ми-8: $\text{770,6 + 250 = 1020,6 км/ч}$
• UH-1 Huey: $\text{893,4 + 217 = 1110,4 км/ч}$
• UH-60: $\text{795,7 + 296 = 1091,7 км/ч}$
• Puma: $\text{749,2 +280 = 1029,2 км/ч}$

Скорость звука на высоте 3 километра, где чаще всего летают вертолеты составляет 1 183 километра в час или 328,6 метра в секунду.

Неприятные явления связанные со сверхзвуковым обтеканием начинаются уже при скорости 0,8М, то есть 80-85% от скорости звука. А это примерно 1000 километра в час.

Вот он, предел скорости который мы искали, как и для самолета — это скорость звука.

Ограничение скорости вертолета

Винт вертолета не должен вращаться быстрее 80% от скорости звука на определенной высоте, иначе начнется образование ударных волн, резкий рост волнового сопротивления, вибрация…

В итоге лопасть может просто оторвать, вертолет может потерять управление. Очень опасная ситуация.

Максимальная скорость вертолета ограничена его конструкцией и физикой. Нельзя допускать чтобы скорость винта относительно воздуха даже приближалась к скорости звука.

Максимальная скорость вертолета не может быть выше чем разница между скоростью на концах лопастей и критической скорости звука. Простыми словами — вертолет не может летать быстро именно потому, что винт у него вращается тоже быстро.

Конечно существуют хитрости которые помогают оттянуть наступление «волнового кризиса» и летать немного быстрее:

1. Специальные законцовки которые меняют обтекания лопасти воздухом. Точно так же как для самолета, повышают стреловидность крыла, так же и для лопасти вертолета пытаются сделать «стреловидные» лопасти
2. Использование сверхкритических (очень тонких) профилей для лопасти
3. Сверх гладкие композитные материалы тоже немного меняют характер обтекания лопасти воздухом
4. Снижение скорости вращения винта или снижение скорости полета вертолета — самый действенный из способов

Получается, для для любого вертолета максимальная скорость не может быть больше определенного значения. А сверхзвуковой вертолет не может существовать в принципе.

Westland Lynx — самый быстрый классический вертолет. Установлены специальные законцовки BERP

Сильно снизить скорость вращения винта нельзя, иначе вертолет просто опустится на землю, а игры с аэродинамикой могут обеспечить нормальный полет при числе маха равном немного большим чем критический. Но за значение 0,95 для лопасти винта еще никому не удалось забраться.

Ведь когда наступающая лопасть переходит в трансзвуковой режим, у отступающей он все еще дозвуковой, а значит и сопротивление и подъемная сила слева и справа будут очень разными.

Так инженеры пытаются уменьшить влияние сверхзвукового обтекания. Как и для крыла самолета, увеличить стреловидность винта

Для специально подготовленных вертолетов на которых ставились рекорды скорости, он не превышала 400 км/час. Скорость гражданского вертолета — это честные 250 километров в час. Даже для военных летать быстрее 300 километров в час не представляется возможным.

Может ли вертолет летать быстрее

Есть только один способ, который позволит вертолету летать быстрее своего предела. Нужно перестать быть вертолетом.

И такие экспериментальные не-вертолеты уже есть. Это конвертопланы и гибридные вертолеты.

V-280 Valor

Конвертопланы, конечно же быстрее вертолетов, ведь летают они как самолеты, используя крыло для создания подъемной силы.

Просто для взлета и посадки винты конвертоплана поворачиваются вверх. Для конвертоплана крейсерская скорость 520 километров в час, обычное явления, а для вертолета такая скорость — фантастика.

Экспериментальные вертолеты

В далеком 1967 году первый полет совершил вертолет AH-65 Cheyenne (Шайен). Его с скорость в горизонтальном полете составляла 407 километров в час благодаря двум хвостовым винтам. Один обычный, расположенный сбоку от хвостовой балки, а вот второй — толкающий, который и позволял вертолету прибавить +100 километров в час к максимальной скорости.

У Шайен, как и у его конкурента в конкурсе S-67 Blackhawk были крылья, которые должны были создавать подъемную силу при большой скорости, подобно самолету.

В то время такая концепция казалась очень перспективной.

AH-65 Cheyenne — экспериментальный вертолет Locheed

Но инженерам так и не удалось победить плохую управляемость и вибрации, которые были вызваны использованием жесткого ротора.

Обычно у вертолета лопасти соединены с валом через шарнир, что позволяет им стабилизироваться в полете. Но с ростом скорости приходится отказываться от шарнирного соединения иначе лопасти просто оторвет.

В проекте «Шайен» сделать жесткий ротор на котором бы не возникали опасные вибрации не получилось.

Piasecki X-49 SpeedHawk — гибрид самолета и вертолета, кроме толкающего винта у него есть еще и крыло которое и обеспечивает подъемную силу при увеличении скорости, а значить скорость вращения винта можно снижать и не падать. Первый полет совершил в 2007 году. Но заявленной скорости в 400 километров в час так и не достиг.

Piasecki X49 SpeedHawk — еще один эксперимент

Eurocopter X3 в 2013 сумел разоняться до немыслимых ранее 472 км/час. При этом законцовки несущего винта достигали скорости 0,91 Мах, то есть 91% от скокрости звука.

Eurocopter X3

Экспериментальный вертолет Сикорского X2 показал скорость в 474 километра в час, его последователь S-97 был уже не таким быстрым, крейсерская скорость составляла 410 километра в час. Предсерийный вертолет SB-1 Defiant разгонялся до 437 км/час. Но конкурс, в котором SB-1 участвовал как перспективный высокоскороскросной летательный аппарат просто отменили.

Sicorsky X2

У машин Сикорского тоже используется жесткий ротор и толкающий пропеллер, но крыла для создания подъемной силы уже нет.

При повышении скорости винты просто начинают вещаться медленнее продолжая выполнять функцию крыла.

Используется соосная схема ротора — этого два вращающихся в противоположных направлениях винта.

Инженерам удалось добиться большой жесткости конструкции, лопасти не перехлестываются, а значить высоту ротора можно уменьшить, что уменьшает лобовое сопротивления и позитивно сказывается опять же на жесткости.

Автомат перекоса вообще отсутствует, от вертолета остался только принцип вращающегося винта. Это совершенно новый класс летательных аппаратов.

Чтобы летать быстрее вертолеты должны измениться принципиально. И конструкторы к тому уже готовы. Не готовы пока только заказчики, и военные, и гражданские. Технология уже давно есть, нет только заказчика готового рискнуть ради скорости.

Почему корабли плавают и не тонут? Кажется, это потому что они легкие. Ведь не тонули же в детстве бумажные и деревянные кораблики. А вот почему железные корабли не тонут? Как корабль держится на воде? Все немного сложнее, чем может показаться на первый взгляд.

История

Первыми средствами которые использовали люди чтобы плавать, были плоты, и примитивные лодки. Все было просто и интуитивно, раз дерево не тонет, лодку нужно делать именно из этого материала.

Египетские корабли для перемещения по Нилу делали даже из папируса, но финикийцы, греки и прочие древние мореплаватели — из дерева.

Да и какой еще материал мог использовать в то время человек? Точно не камень или бронзу.

При всей интуитивности с выбором материала, постройка корабля не была простой задачей даже в то время, когда люди не рисковали отходить далеко от берега, а основным движителем был даже не парус, а весла.

Как построить корабль древние знали, но почему он не тонет было для них загадкой.

Только в третьем веке до нашей эры Архимед открывает свой знаменитый закон.

В тот период античные мореплаватели уже столетиями возили товары по Средиземному морю, Египет торговал с Индией, финикийцы ходили морем в западную Африку, а греки добирались до Великобритании. И все это без открытия сделанного Архимедом.

Самый большой современный парусник со стальным корпусом «Royal Clipper»

Как же древние строили корабли не понимая почему они держаться на воде и не делая никаких расчетов?

Так строят корабли из дерева

Им это было не нужно, ведь принцип естественного отбора работает и для технологий. Неудачные корабли тонут, удачные находки копируются другими мастерами и целыми народами.

Полинезийцы заселили огромные пространства Тихого океана не то что без знания закона Архимеда и даже без знаний базовой математики. Строили большие лодки как подсказывала им интуиция. А те племена чьи лодки показали плохую мореходность, просто не добрались до новых островов.

Закон Архимеда

Интересно, что Архимед так сформулировал закон названный его именем, что к кораблям и их плавучести это не имело отношения.

Тело, которое легче жидкости, плавает, и вес жидкости, вытесненный частью погруженного тела тела, равен весу всего тела

Больше похоже на философские утверждения, чем на формулу, которой можно воспользоваться для расчета. То есть в этой трактовке нет ничего о некой силе и том как ее рассчитать. Сравните с современной формулировкой закона:

На тело, погруженное в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, направленная вверх, равная весу жидкости (или газа), вытесненного этим телом.

Как же повлиял Закон Архимеда на кораблестроение античности? Никак! Ничего не изменилось. И потом… И позже — опять ничего…

Использовать кое-как расчеты плавучести научились только в Новое время, примерно в 17 веке.

Так строят корабли из стали. Принцип тот же что и в случае с деревом

Физика

Почему корабль не тонет, ведь он явно очень тяжелый?

Да, это правда любой корабль очень тяжелый но, тем не менее, он плавает если его вес равен выталкивающей силе воды (силе Архимеда). И он утонет если его вес будет больше.

Начнем с веса. Вес – это сила, которая тянет корабль в низ. Очень просто:

P=mg

m — это масса корабля, а g — ускорение свободного падения. Считается, что это в среднем 9,81 на планете под названием Земля. Но значение на самом деле немного «плавает» от полюсов к экватору.

Выталкивающая сила это:

F=ρgV

ρ — это плотность жидкости. А g — ускорение свободного падения. V – объем жидкости которую вытеснил собой корабль.

И чтобы корабль плавал, а не тонул F должно быть равно P:

mg=ρgV или m=ρV

То есть масса корабля должна равняться объему вытесанной жидкости умноженному на ее плотность.

Важное отступление, плотность любого строительного материала может быть меньше чем плотность воды, а может быть и больше:

• Пресная вода = 1000 кг/м³
• Морская вода ≈ 1025 кг/м³
• Сосна = 400 – 600 кг/м³
• Дуб = 600 – 900 кг/м³
• Кедр = 400 – 500 кг/м³
• Сталь = 7850 кг/м³

Вот почему деревяшка плавает в воде, а кусок металла — тонет. Но если взглянуть на формулу m=ρV, то плотности корабля в ней нет. Ведь мы говорим не о сплошном куске дерева или метала а корабле, который устроен сложнее.

Если вы задавались вопросом «почему железные корабли не тонут» — именно потому, что материал из которого сделан корабль не имеет значения для его плавучести (в формуле его нет). Значение имеет водоизмещение судна и плотность жидкости.

Prelude FLNG – самый большой корабль в мире

Как же можно узнать заранее, что корабль не утонет? Представим, что мы голландский инженер 17 век и проектируем корабль.

1. Прежде всего нужно посчитать, какой объем будет вытеснять корпус судна. И это очень сложно, потому что интегрирование еще не изобрели, а корпус корабля сложной формы. Можно рассчитать корпус судна упрощенно, например как цилиндр (длинна, ширина и осадка – глубина погружения).
2. Плотность воды мы знаем, рассчитывать не нужно, умножаем плотность на объем и получаем максимальную массу корабля с грузом при определенной осадке.

Сложность в том, что взвесить корабль мы не можем (мы его еще не построили, да и построенный корабль никак не поставить на весы), значит масса его нам не известна.

Поэтому месте с примерными расчетам всегда применялся практический подход. Кораблестроитель строил модель в масштабе и проверял его плавучесть, устойчивость и любые другие важные параметры на практике.

Деревянный чайный клипер «Катти Сарк». Водоизмещение 2133 тонн при осадке 6 метров, а масса 2133 тонн.

Например, сделаем модель корабля из того же дерева, что и настоящий но в 20 раз меньше.

Опустим в воду и измеряем объем вытесненной воды. Взвесим корабль, получим вес этой модели.

Умножим объем и вес на 20 и так сможем рассчитать плавучесть судна без груза. А дальше можно пересчитывать добавляя вес полезного груза, мачт, кантов, экипажа… Пока расчеты не покажут, что корабль погрузился слишком глубоко.

Итак получается что корабль не тонет потому, что он достаточно большой и вытесняет собой много воды. Вес этой воды больше чем вес корабля, поэтому он и плавает. Имеет значение как раз объем жидкости, а не материал корпуса судна.

Если расчеты сделаны не верно, корабль может утонуть и тому есть немало примеров.

Шведский боевой корабль Vasa пошел ко дну сразу после спуска на воду в 1628 году. Проблема была не в недостатке плавучести, а совсем наоборот. Корабль сидел в воде не слишком глубоко, на палубе было много тяжелых пушек. И при первом порыве ветра он накренился и зачерпнул воду через борт. Тут как раз не в плавучести было дело, в трюм нужно было погрузить больше балласта для устойчивости.

Стальные корабли

Строить корабли из стали начали только в 19 веке и не потому, что до этого думали, что корабль из металла обязательно утонет. Просто до промышленной революции изготавливать крупные конструкции из стали (а корпус корабля очень большой) просто было очень дорого. И совсем непрактично.

Один из первых железных кораблей «Великая Британия». Водоизмещение 3400 тонн

Конечно первыми стальными кораблями были пароходы, но и парусники со стальным корпусом тоже не престали строить. И строят до сих пор. Самый большой современный парусник Royal Clipper, сделан из стали и работает как круизное судно.

Освоение стали как материала для кораблестроения принципиально не измелила сами корабли, по крайней мере с самого начала. Ведь сталь как материал позволил делать корабли больше, потому, что сталь прочнее дерева. Но на то плавает корабль или тонет сам материал влияет лишь косвенно.

Самое важное — это водоизмещение. Сталь, конечно, тяжелее дерева и даже алюминиевых сплавов. Но она и прочнее, значит просто делаем корабль немного больше, чтобы его корпус вытеснял больше воды. Вот и весь фокус. Большие корабли не тонут потому, что они большие.

Зачем самолету нужен хвост

Тут все очень просто можно объяснить:

Также как и птице хвост самолета нужен для стабилизации полета и для управления полетом. Это если по-простому, а вот если углубится в тему, все будет немного сложнее но интереснее.

Хвостовое оперение

Стреле нужно оперение для стабилизации в полете, без него стрела, выпущенная из лука, будет отклоняться от своей траектории и попасть куда-то такой стрелой будет сложно.

У самолета ровно та же ситуация, именно поэтому хвостовые оперение так и называется.

Классическая компоновка

Сам термин пришел из французского языка — «empennage» произошло от слова «empenner» что переводится как «оперять стрелу», penne — это перо. Кстати в английском это тоже empennage или tail unit.

Хвост самолета называется — хвостовое оперение потому, что в классической компоновке состоит и двух частей:

1. Вертикальное хвостовые оперение, вертикальный стабилизатор или киль
2. Горизонтальное хвостовое оперение или горизонтальный стабилизатор

Обычный «хвост» состоит из двух частей: вертикального и горизонтального. Но бывает, что горизонтального оперения нет (схема «безхвостка») или нет вообще никакого оперения — схема «летающее крыло».

Но в таких случаях функции оперения выполняют другие механизмы размещенные уже на крыле.

Функции которые выполняет хвостовое оперение это:

• балансировка
• управление
• обеспечение устойчивости

Мираж 2000. Аэродинамическая схема «безхвостка»

Балансировка — означает уравновешивание сил (а точнее моментов сил) которые могут опрокинуть самолет в полете.

Дело в том, что на самолет действуют подъемная сила, которая тянет его вверх и вес самолета, который тянет вниз. И так как точки приложения этих сил не совпадают, возникает то что называют в авиации:

• «пикирующий момент» — самолет опускает нос вниз

Для компенсации этих моментов нужно горизонтальное хвостовое оперение.

Также самолет может водить из стороны в сторону, это называется «рыскание», чтобы этому противостоять, нужно вертикальное хвостовое оперение или просто киль. Название как у корабля, функция то у них одна и та же — обеспечение продольной устойчивости.

С управлением все просто, часть хвостового оперения подвижна, и нужна для управления полетом: поворот влево или вправо, поднять нос или опустить.

У современных боевых сверхзвуковых самолетов горизонтальное хвостовое оперение, а иногда и вертикальное делают цельно поворотными.

Что значит обеспечение устойчивости…

Если объяснять простыми словами, то при отклонении самолета влево или вправо, вверх или вниз, на хвостовом оперении возникают силы которые возвращают самолет обратно к прямолинейном полету.

Зачем самолету большой хвост

Когда самолета начали летать на сверхзвуковых скоростях, площадь оперения внезапно стала расти, хотя это кажется нелогичным.

Ведь чем больше скорость тем больше аэродинамические силы, значит стабилизатор может быть меньше. Но нет, все наоборот.

Не смотря на то что Concorde сам по себе очень длинных, хвост у него тоже большой. Из-за сверхзвуковой скорости

На сверхзвуке смещается центр аэродинамических сил, момент становится больше, а значит горизонтальное оперение нужно больше.

Что касается вертикального оперения, то его увеличивают из-за образование ударных волн, которые «съедают» часть площади на которой могут создаваться аэродинамические силы. Приходится и тут увеличивать.

Зачем самолету два хвоста

Интересно будет разобраться зачем самолету два хвоста. Лучше сказать — два киля.

Двух килевая схема появилась очень давно, но популярной стала когда самолеты начали летать на сверхзвуковых скоростях.

P-38 «Лайтнинг». Двухбалочная компоновка

Дело в том, что на сверхзвуке проблем с устойчивостью гораздо больше, поэтому инженерам приходилось увеличивать площадь вертикального оперения.

Но с увеличением скорости кили становились просто огромными. А это означало, что нужно обеспечить большую прочность, в результате получаем большую массу.

А возить лишний вес самолету совсем не нужно. Очевидное решение — сделать два киля такой же площади как один большой.

Вес двух будет заметно меньше веса одного, это проявление закона квадрата куба.

Есть и другие причины, почему два лучше чем один в некоторых обстоятельствах.

Два киля на так сильно затеняются фюзеляжем при больших углах атаки. То есть кили сохраняют свою эффективность.

Это  можно легко увидеть на примере истребителя F-18. Он палубный, значит место для взлета и посадки будет ограничено и углы атаки будут большими. Два киля означают большую устойчивость на взлете и посадке.

Тут видно что если бы у F-18 был один киль, он бы попал в «тень» от фюзеляжа

Если у самолета два двигателя, сделать два киля проще с точки зрения конструкции, ведь иначе между двигателями пришлось бы поставить несущую балку на которой и крепился бы хвост, а это лишний вес.

К тому же если немного отклонить два киля от вертикали, это позитивно скажется на радиолокационной заметности.  С одним стабилизатором так сделать невозможно.

Самолету хвост не нужен

А теперь немного странного. С точки зрения аэродинамики — хвостовое оперение самолету не нужно и даже вредно.

1. Вертикальное хвостовое оперение создает сопротивление, а подъемную силу не создает
2. Горизонтальный стабилизатор даже создает отрицательную подъемную силу. То есть тянет хвост вниз, чтобы скомпенсировать пикирующий момент. Это называется «потери на балансировку». Вопрос решаемый, если использовать схему утка и перенести горизонтальное оперение вперед.
3. Вся эта конструкция — лишний вес, что самолету не на пользу в целом

Когда инженеры решают избавиться от всего лишнего, они делают самолет по схеме летающее крыло.

В-2 «Spirit». Летающее крыло

Возникает интересный вопрос, а как это самолет летает без хвоста? Как же балансировка, устойчивость и управление?

Просто все эти функции выполняет крыло. B2 в полете постоянно «подруливает» чтобы лететь прямо.

Идея летающего крыла вообще не новая, авиастроители уже давно пытаются выбросить такой ненужный хвост и ставить только самое важное и полезное — само крыло. Первые попытки начались в 30х годах двадцатого века.

Но настоящий успех пришел только в 1982 году, когда первый полет совершил бомбардировщик B-2.

Все шло так трудно потому, что для полета без хвоста понадобилась сложная система автоматического управления, простыми словами, нужен компьютер, иначе самолет будет нестабильным и плохо управляемым.

Теперь понятно, почему такой казалось бы ненужный элемент конструкции все еще используется в авиации. Без хвоста можно летать. Но это сложно и дорого.

Несмотря на все преимущества схемы летающее крыло, построено таких самолетов только 21 штука для самой богатой армии мира (его наследник B-21 Raider планируется выпустить партией уже 100 штук).

Но вот все остальные и гражданские и военные аэропланы летают с помощью хвоста.

Почему у современных самолетов хвост есть всегда

Современные пассажирские авиалайнеры создаются по классической схеме: с хвостовым оперением, которое расположено за крылом.

Хотя все конструкторы знают о преимуществах летящего крыла или схеме «утка». Так почему же никто не внедрят такую перспективную схему, кроме военных?

Просто потому, что все новое — это большой риск. Риск технологический (мы сделаем, а оно не заработает как надо) и экономический (мы сделаем то, что потом никто не купит).

Если посмотреть на характеристики классических самолетов и летящего крыла становится понятно что:

1. Летающее крыло эффективнее с точки зрения аэродинамики. Боинг 737 перевозит 20 тон на дальность 3700 километров, а B2 свои 18 тонн может доставить уже на 11000 километров
2. Большие самолеты классической схемы при сравнимой дальности имеют больший максимальный взлетный вес, но также больший расход топлива
3. Стоимость B-2 без учета научно исследовательских работ составляет 2 миллиарда долларов, а с учетом — все 4. Классические самолеты значительно дешевле

В итоге получается, что использовать хорошо изученную схему с хвостом гораздо эффективнее, потому, что она уже хорошо изучена и отработана. Рисковать такими огромными деньгами никто из производителей самолетов видимо еще не готов.

В 2007 году компания Боинг проводила исследования на уменьшенном прототипе летающего крыла X-48B. Заявлялось, что переход от классической схемы позволит уменьшить расход топлива на 30%.

Airbus никаких прототипов не создавал, ограничился только картинками и обещанием 2035 году создать самолет способный перевозить 200 пассажиров на 3700 километров.

Выходит мы еще не скоро сможем увидеть самолеты без хвоста не на картинках, а в аэропортах. Классическая схема с нами будет еще долго.

Но в этой статье речь пойдет в основном именно о самолетных турбо-реактивных двигателях или газо-турбинных двигателях. Что это такое и как они работают?

Что такое реактивный двигатель

Реактивных двигателей очень много, некоторые прообразы встречаться даже в дикой природе. Поэтому понять как они работают просто.

Реактивный двигатель — это двигатель который использует принцип реактивного движения.

Простыми словами, чтобы двигаться вперед, нужно что-то отбросить назад. Так делает, например, кальмар или каракатица. Эти животные набирают в себя воду, а потом быстро выбрасывают ее в сторону противоположную той, в которую они хотят двигаться. Секрет движения находиться в слове «быстро».

Принцип реактивного движения

Закон сохранения импульса гласит, что в замкнутой системе сумма всех импульсов постоянна. В случае с кальмаром и водой, это означает, что выплевывая воду назад, он должен двигаться вперед. Скорость движения будет тем больше, чем большая масса воды была выброшена и с чем большей скоростью это было сделано.

Кальмар — живой реактивный двигатель

Продемонстрировать закон реактивного движения можно и на человеке. Для этого достаточно встать на коньки или ролики (для уменьшения трения) взять в руки что-то тяжелое и отбросить груз в сторону. В результате, человек отъедет в противоположную от броска сторону. Больше масса груза и/или скорость броска — отъедет дальше и быстрее.

Не зря импульс называют еще и «количеством движения». Импульс, это масса умноженная на скорость. Простая формула:

P=mV

В нашем случае закон сохранения импульса:

m₁V₁=m₂V₂ или m₁V₁-m₂V₂=0

То есть реактивный двигатель работает так: выбрасывает рабочее тело в одну сторону, чтобы двигаться в другую. Рабочее тело, это газ или жидкость. И так как масса двигателя, и того аппарата который он приводит в движение, больше массы рабочего тела, нужно обеспечить очень высокую скорость.

Иначе не получится, масса рабочего тела не может быть больше массы двигателя, так получится какой-то очень странный транспорт. Поэтому, главная задача реактивного двигателя — обеспечить как можно большую скорость реактивной струи и как можно больший расход массовый расход.

Масса тоже имеет значение, чем больше двигатель прокачивает через себя воздуха или воды, тем лучше. Ведь импульс — это скорость умноженная на массу.

Принцип работы реактивного двигателя прост, раз уж им пользуются даже такие примитивные существа как кальмары. Но эта простота не значит, что сделать первый турбо-реактивный двигатель было просто.

Как работает реактивный двигатель

Турбо-реактивный двигатель:

1. Втягивает внутрь окружающий воздух
2. Сжимает его
3. Смешивает с топливом
4. Поджигает эту смесь
5. С большой скоростью выбрасывает наружу

Точно так же работает и ракетный двигатель, только окружающий воздух ему не нужен.

В этом и состоит принципиальная разница между ракетой и самолетом. Ракета (с ракетным двигателем) не нуждается в воздухе, а самолетному реактивному двигателю он необходим.

Зачем двигателю самолета воздух? Во-первых в воздухе содержится кислород, который нужен для горения, а во-вторых воздуха вокруг много, его не нужно возить с собой. Можно рассчитывать на то, что в реактивной струе двигателя, которая и создает движение доля воздуха будет очень большой.

Именно поэтому мы летаем на самолетах с турбореактивными двигателями, а не на самолетах с ракетными двигателем. Это просто более эффективно. Самолет не возит рабочее тело для двигателя с собой, ка ракета, он берет его столько сколько нужно из окружающей его атмосферы.

Так работает реактивный двигатель простыми словами. Но простое описание не означает, что придумать и создать турбо-реактивный двигатель просто.  А вот примитивный ракетный двигатель, наоборот, создать просто, это делали в Китае еще до нашей эры.

Итак реактивный двигатель должен созывать тягу, для этого он должен забирать большие объемы воздуха и с большой скоростью выбрасывать его в сторону противоположную полету самолета.

Поэтому одна из основных характеристик такого двигателя это степень повышения давления. Эта величина которая показывает во сколько раз давление перед компрессором и за ним отличается.

Устройство газотурбинного двигателя

Обычно газо-турбинный двигатель состоит из таких частей:

1. Воздухозаборник или входное устройство
2. Компрессор. Одноступенчатый или многоступенчатый с вентилятором или без него
3. Камера сгорания
4. Турбина
5. Сопло

4.1 Форсажная камера между турбиной и соплом (у пассажирских самолетов ее нет). Туда впрыскивается дополнительное топливо, чтобы резко увеличить тягу.

Компрессор — это часть реактивного двигателя которая сжимает воздух. Простыми словами именно благодаря компрессору двигатель может «засасывать» окружающий его воздух через воздухозаборник, сжимать его и подавать в камеру сгорания.

После компрессора вдело вступает камера сгорания. То место где сжатый воздух смешивается с топливом и поджигается. Это нужно для того, чтобы:

1. Увеличить давление
2. Увеличить скорость
3. Увеличение температуры — так сказать вредный побочный эффект но без него ника не обойтись

Задача камеры сгорания извлечь энергию  созданную горючей смесью и превратить ее в скорость потока на выходе из двигателя, а также во вращение турбины.

Турбина, находится сразу после камеры сгорания. На ее лопатки попадает горячий воздух из камеры сгорания. Горячий может означать температуру около 2000 градусов Цельсия.

Турбина вращает компрессор который сжимает воздух и вентилятор, если это турбо-вентиляторный двигатель. В принципе, турбина в конструкции реактивного двигателя не обязательный элемент.

Если бы существовал эффективный способ вращать компрессор без участия турбины, было бы лучше. Такой двигатель был бы эффективнее и дешевле, ведь лопатки турбины подвергаться самым большим нагрузкам и как результат — турбина и ее лопатки очень сложный и дорогой механизм.

В добавок к этому на вращение турбины тратиться энергия, которая могла бы использоваться для создания реактивной тяги.

Двигатель, в котором нет турбины и компрессор вращается с помощью внешнего привода называется мотокомпрессорным двигателем. В самом начале развития реактивных двигателей такие конструкции предлагались и даже использовались. Но развития такая конструкция не получила.

Поэтому классический вариант реактивного двигателя состоит из трех основных частей: компрессора, камеры сгорания и турбины.

Впрочем, есть один тип двигателя в котором нет не только турбины но и компрессора — прямоточный двигатель. В таком двигателе воздух сжимается за счет скорости движения. То есть чтобы прямоточный двигатель работал, его нужно самого разогнать до большой скорости.

За турбиной находится сопло, его задача — понизить скорость исходящих газов до оптимального значения. Обычно до дозвуковой скорости. Потому, что сверхзвуковая скорость означает появление ударных волн.

У дозвуковых пассажирских самолетов сопло, это просто труба. Но у сверхзвуковых самолетов сопло делают управляемым. К тому же у сверхзвуковых самолетов между турбиной и соплом находится форсажная камера, в которую при необходимости впрыскивается дополнительное топливо, чтобы увеличить тягу двигателя.

Выше простым языком описана контракция газотурбинного двигателя с осевым компрессором, самого распространенного типа. Но простота описания и простота принципа действия не должны вводить в заблуждение. Газотурбинный двигатель — это очень сложный для разработки и производства механизм.

Только 5 стран в мире могут создавать конкурентоспособные* реактивные двигатели. А рынок гражданских двигателей вообще поделен между четырьмя крупнейшими производителями:

• CFM International (Франция и США) — 39%
• Pratt & Whitney (США) — 35%
• General Electric (США) — 14%
• Rolls-Royce (Великобритания) — 12%

*Такие страны, как Китай, Индия, Турция или Южная Корея, находятся лишь в самом начале пути, разрабатывая двигатели для собственных боевых самолетов, и насколько эти изделия качественные или некачественные, узнать невозможно.

Несмотря на сложность, газотурбинный двигатель имеет очень высокий коэффициент полезного действия, теоретически до 60%. Для сравнения максимальный теоретический КПД поршневого двигателя — 40%. Проще говоря, такой двигатель очень эффективен. Но главное, это большая тяга, которую может обеспечить газотурбинный двигатель и отношение тяги к его массе.

Поршневой двигатель проигрывает потому, что с увеличением его мощности масса растет слишком сильно. Проще говоря, дальше увеличивать его размеры просто неэффективно, слишком тяжелый груз нужно будет поднимать в воздух.

Первый реактивный двигатель

Кто придумал реактивный двигатель

Это спорный вопрос, который лучше разделить на два:

1. Кто придумал реактивный двигатель
2. Кто первым создал реактивный двигатель
3. Кто первым сумел довести двигатель до летных испытаний

Первый патент на что-то похожее на турбо-реактивный двигатель получил в 1921 году французский инженер Максим Гийом. Но это был только чертеж турбины и ничего больше. Так что считать Гийома изобретателем газо-турбинного двигателя нельзя.

А вот первый работающий двигатель показал английский инженер Фрэнк Уиттл. Поэтому как изобретатель реактивного двигателя в историю воше именно он.

Не смотря на то, что первый самолет с реактивным двигателем взлетел не в Великобритании, а в 1939 году в Германии и приводился в движение он двигателем созданным другим инженером — Хансом фон Охаймом.

Патент на изобретение был оформлен Уиттлом в 1930 году, а Охаймом, только в 1936. Поэтому изобретателем газотурбинного двигателя и первым кто создал рабочий образец считается Фрэнк Уиттл.

Первый серийный реактивный самолет Великобритании Gloster Meteor с двигателем W1 поднялся в воздух 15 мая 1943 года. Через 13 лет после того, как Уиттл оформил свой патент.

Создание турбореактивного двигателя заняло столько времени в первую очередь потому, что его изобретателю было сложно найти инвесторов или заинтересовать правительство Великобритании.

На изобретение Уиттла обратили внимание только после начала Второй Мировой войны.

В конструкции своего реактивного двигателя Уиттл нашел решения сразу для нескольких инженерных проблем. И эти решения были настолько удачными, что ими пользуются до сих пор.

Проблемы первого газотурбинного двигателя

Вот несколько примеров задач и изящных решений:

Как сделать так, чтобы камера сгорания двигателя не сгорела или не расправилась? Ведь температура горения газов в первом реактивном двигателе достигала 700 градусов Цельсия. А в современных двигателях температура и того больше, от 1500 до 2000 градусов целься.

Уиттл придумал гениальное решение: смесь горит внутри трубы из холодного воздуха. В камере сгорания было сделано множество отверстий, сквозь которые воздух попадал внутрь и обволакивал камеру сгорания изнутри.

Поэтому огонь со стенками камеры сгорания не контактирует. Не смотря на то, что такая камера сгорания была изобретена Уиттлом в 30-е годы 2-ого века, так делают и в современных двигателях.

А как сделать так, чтобы смесь вообще горела? Ведь скорость потока на входе в камеру сгорания составляла 90 метров в секунду или 324 км/час. Как на таком «ветру» обеспечить зажигание горение?

Фрэнк Уиттл решил и эту проблему. Он установил специальные лопатки, которые закручивали воздух таким образом, чтобы сформировалась область обратных токов. Простыми словами, некий мешок из воздуха в который закручивается поток создавая внутри «спокойную зону» как внутри урагана. Это решение используется инженерами до сих пор.

Третья проблема и третье ее гениальное инженерное решение. А как сделать так, чтобы лопатки турбины и сама турбина, которые крутятся  газом с температурой 700 градусов, не оплавилась и не деформировалась? Делать лопатки и диск турбины толще? Но тогда двигатель будет слишком тяжелым.

Британский инженер не стал утяжелять контракцию, он создал систему обдува диска турбины чтобы охлаждать ее. Точно также делают и на современных газотурбинных двигателях. Но в добавок к охлаждению диска охлаждаться и лопатки турбины. Внутри которых делаются специальные каналы для протока воздуха

Нужно также учитывать что турбина вращалась со скоростью 17 000 оборотов в минуту. И кроме перегрева испытывает еще и механические нагрузки. А значит будет ломаться так или иначе. Поэтому лопатки турбины в двигателе Уиттла были съемными. Чтобы сломанную лопату можно было заменить не меняя всю турбину целиком. Точно также делается по сей день.

Первый реактивный двигатель в истории был многим похож на современный, кроме одной важнейшей детали: у двигателя Уиттла был центробежный компрессор, а не осевой как в современных двигателях.

Осевой компрессор используется потому, что на нем проще увеличивать давление. Нужно просто добавлять больше дисков. Центробежный компрессор может обеспечить сжатие до 4 раз, а современный осевой — в 40!

Но во всех ранних реактивных двигателях компрессоры были именно осевыми, потому, что инженеры еще не умели рассчитывать потоки в нескольких каскадах компрессора и бороться с таким вредным эффектом как помпаж.

А поэтому было выбрано более нежадное хотя и менее эффективное решение. Ведь центробежные нагнетатели уже широко использовались в конструкции поршневых двигателей. Конструкция, достоинства и недостатки были давно изучены.

Центробежный компрессор был и у двигателя HeS Ханса фон Охайма. Его можно было бы тоже назвать изобретателем реактивного двигателя, ведь самолет с его двигателем взлетел раньше, а значит конструкция его была лучше. Но нет, известно что фон Охайм видел патент на двигатель Уиттла, ведь патент — не секретный документ.

Работа по созданию реактивного двигателя в Германии шла быстрее, чем в Великобритании, ведь началась она позже, когда мир находился в преддверии новой Войны и в Германии не жалели ресурсов на создание оружия.

Хенкель, на предприятии которого работал Охайм дал все ресурсы, которые мог предоставить самый крупное в Европе авиационное предприятие. Нов замен потребовал, чтобы через год, реактивный двигатель поднял самолет в воздух.

такая спешка не могла окончиться ничем хорошим…

Первые реактивные самолеты

Первым самолетом с реактивным двигателем был немецкий Heinkel 178, он совершил свой первый полет в августе 1939 года.

В Великобритании самолет с двигателем Уиттла поднялся в воздух в мае 1941 года, это был экспериментальный Gloster E.28/39

В США первым реактивным истребителем был F-80 Shooting Star. Он совершил первый полет только в 1944 году. Важно отметить что в качестве двигателя использовалась лицензионная копия английского Rolls-Royce Derwent конструкции Френка Уиттла.

Первым серийным самолетом с реактивным двигателем стал Мессершмит Ме 262. На нем было установлено два реактивных двигателя Jumo-004В, естественно тоже серийных. Отличительной особенностью Jumo-004 был осевой компрессор, как на современных авиадвигателях.

Но почему, в серийных немецких самолетах не использовался двигатель от Хенкель, конструкции Охайма? Почему предпочтение отдали двигателю от Юнкерс и для истребителя Ме 262 и для Arado Ar 234?

Кстати, компания BMW тоже проектировала газотурбинный двигатель BMW 003, и он тоже проиграл конкурентную борьбу Юнкерсу.

Видимо потому, что двигатель Охайма оказался неудачным. Ведь нигде нет упоминания о том как долго он мог работать и о его его надежности. Да и история советских реактивных самолетов на что-то такое намекает.

Первым реактивным истребителем в СССР стал МИГ-9. На нем был установлен двигатель Р-10, а это копия немецкого Jumo-004. первый полет он совершил в 1946 году. В дальнейшем в СССР предпочти британские двигатели.

Массовый и эффективный истребитель Миг-15 был оснащен копией английского двигателя Rolls-Royce Nene. Правительство СССР купило несколько таких у англичан, но в советском союзе они назывались РД-45. В общем «честно» украли у англичан двигатель (за лицензию не платили), потому, что он был лучшим на то время.

Первым пассажирским самолетом с реактивным двигателем был английский De Havilland Comet. Он совершил первый полет в уже в 1949 году, а коммерческие рейсы начал выполнять только в 1952-м. На первых моделях использовались двигатели с центробежным компрессором, как на двигателе Уиттла, но позже они были заменены на двигатели с осевым компрессором от компании Ролс-Ройс.

Виды реактивных двигателей

• ГТД — газо-турбинный двигатель. Реактивный двигатель в котором турбина приводится в движение потоком газа и вращает компрессор.
• ТРД — турбо-реактивный двигатель, это двигатель в котором тяга возникает благодаря потоку раскаленных газов
• ТВД — турбо-винтовой двигатель. В отличие от ТРД, тягу создает воздушный винт
• ТВД — турбо-вальный двигатель. Это двигатель в котором энергия реактивной струи используется для вращения вала. Такие двигатели используют в вертолетах.
• ТРДД — турбо-реактивный двухконтурный двигатель. Реактивный двигатель в котором есть два контура: внутренний с горячим газом и внешний — с холодным воздухом.
• ТВРД —турбо-вентиляторный двигатель. То же что и двухконтурный двигатель. Только второй контур с холодным воздухом больше, чем с гарячим. Поэтому то, что у двухконтурного двигателя называется «компрессор низкого давления» у турбо-вентиляторного называется «вентилятор». Такие двигатели более эффективны и экономичны, поэтому в современной пассажирской авиации используются именно двухконтурные двигатели с высокой степенью двухконтурности и вентилятором. Именно вентилятор создает большую часть тяги двигателя.
• ПВРД — прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Двигатель у которого нет ни компрессора ни турбины. Газ в нем сжимается не благодаря работе компрессора, а за счет набегающего потока. То есть, чтобы работать этому двигателю нужна начальная очень высокая скорость. Прямоточные двигатели наиболее эффективны только на сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях. У первой крылатой ракеты в мире, немецкой Фау-1 был как раз пульсирующий прямоточный двигатель, потому, что он был дешевле и проще поршневого.

Самый большой реактивный двигатель в мире

Самый большой газо-турбинный двигатель в истории — это GE90 от Дженерал Электрик. Он же является и самым мощным турбо вентиляторным двигателем в мире. Характеристики и размеры действительно впечатляют:

• Диаметр — 4,2 метра*
• Диаметр вентилятора — 3,3 метра
• Максимальная тяга — 532 800 Ньютонов**
• Степень повышения давления — 1:40
• Компрессор: вентилятор, 3 ступени низкого давления, 10 высокого
• Турбина: 2 ступени низкого давления, 6 ступеней высокого
• Температура в камере сгорания — 1300 градусов Цельсия

*это больше чем диаметр фюзеляжа такого самолета как Боинг 737 — 3,76 метра.

**или 53,2 тонны. Рекордный показатель этого двигателя — 61 тонна тяги.

Принцип работы реактивного двигателя прост. Им пользуются даже такие примитивные существа как кальмары. Но эта простота не значит, что сделать турбо-реактивный двигатель было просто.

Это и сейчас очень сложная задача, несмотря на очень простой принцип работы. Его очень сложно реализовать правильно и эффективно.