A dongó mai tudásunk alapján repülésre teljesen alkalmatlan és mégis tud repülni. 1. A repülés története 1.1. A prehistórikus idők - ie. 200 körül: Han Hszin kínai tábornok egy papírsárkányt használt arra, hogy lemérje a saját erői és az ellenség közötti távolságot. - 1783 november 21-én Pilatre de Rozier és d Arlandes márki egy meleg levegővel töltött Montgolfier-léggömbbel ellebegett Párizs fölött. - 1852-ben a francia Jules Henry Giffard megépíti az első gőzmeghajtású léghajót. 8km/óra sebességgel 28km-t tett meg. - 1890 táján a német Otto Lilienthal vitorlázórepülőkkel kísérletezik. Kutatásai nagyban hozzájárultak a későbbi motoros gépek szárnyainak és tömegeloszlásainak megtervezéséhez. - 1920-tól: nagy léghajók, Zeppelinek szállítják át az utasokat az atlanti óceán fölött. A baloldali kép egy korabeli plakátot ábrázol. Érdekességek: - Miért olyan lassú a léghajó? A nagy közegellenállás miatt. Tengerszínen egy 40m átmérőjű, 4400lóerős motorú Zeppelin végsebessége 104km/óra (2000m-en 135km/óra) - A merev vázas léghajó ötlete a magyar Schwarz Dávidtól származik, ám sikeres kísérletei halála miatt félbeszakadnak és özvegye a terveket Ferdinand von Zeppelin grófnak adja el. - A mostani léghajók (Bimp-ek) nem merevvázasak, mint a régi Zeppelinek és nem gyúlékony H, hanem He van bennük. - Léggömböket bevetettek még a második világháborúban is: A fontosabb létesítményeket ún. léggömbzár védte, melyek megakadályozták, hogy a gépek megközelítsék a védett objektumokat. Ugyanis ezek a léggömbök kötéllel a földhöz voltak kötve és az alattuk elrepülő gépek belegabalyodtak volna a kötélbe. Japánok léggömbökre szerelt bombákat kívántak eljutatni a szél segítségével az USA-ba, de a 10.000 darabból csak 285 darab érkezett meg.. Az a vicces helyzet állt elő, hogy az amerikaiak sokáig észre sem vették, hogy megtámadták őket - Vitorlázógépeket bevetettek a második világháborúban is. A Normandiai partraszállásnál ezek szállították a csapatokat a partra. - A sárkányrepülő NASA fejlesztés. Eredetileg ezzel szállt le volna az űrkabin és nem ejtőernyővel. 1.2. A motoros repülés kezdetei A mostani tudásunk szerinti első motoros repülést az 1874-ben, Leuthershausenben született, majd 20 évesen Amerikába emigrált Gustav A. Weiβkopf hajtotta végre 1901 aug. 14.-én (Wrighték repülése csak később, 1903- ban volt). A baloldali gép őt ábrázolja gépével együtt. A lényeg azonban nem a pontos dátum mert az is lehet, hogy előtte is volt valaki hanem az, hogy ez a nagyjából tett a századfordulón történt, hiszen bármily fájó csak ekkortól álltak rendelkezésre a levegőnél nehezebb gép repüléséhez a feltételek (könnyű benzinmotor, szárnyprofilok és áramlások ismerete stb.). Hamarosan mindenhol folynak már a kísérletek, a repülőgépek egyre nagyobb teljesítményűek és megbízhatóbbak lesznek: a francia Louis Blériot 1909-ben átrepüli a La Manche csatornát, 1915-ben a német H. Junkers már sorozatban építi egyfedelű, önhordó szárnyakkal rendelkező gépeit. - 1 -
Az első világháború végére a repülőgép kiforrott találmány és egyben félelmetes fegyver lett. Érdekességek: - Az elején a vadászgépeknek nem volt ütemezőjük, hogy a gépfegyver ne találja el a gép a saját légcsavarját, ezért a légcsavart fémmel borították be - Fura elképzelések a légiharcról a kezdeti időkből: - 2 -
1.3. A propelleres gépek aranykora Az első világháború után a kiselejtezett bombázókból megszülettek az első személyszállító repülőgépek. Az elején az utazási körülmények igen zordak voltak: sok esetben az utasok is a gép nyitott fedélzetén foglaltak helyett, vagy legjobb esetben az egykori bombázók bombaterében. Az egyre több megalakult légitársaság azonban felpezsdíti a repülőgép ipart, és létrejönnek az első utasszállító gépek. 1919-ben elkészül az egymotoros, Junkers F13: ez az első, teljesen fémépítésű repülőgép, mely kizárólag polgári alkalmazásokra készült. A két vezető nyitott pilótafülkében ült, a legfeljebb négy utas egy zárt kabinban foglalt helyet. 1933-ben elkészült a világ első modern utasszállító repülőgépe a Boeing 247-es (baloldali kép): kétmotoros, alsószárnyú, áramvonalas törzsét fémköpeny borította, futóművét be lehetett húzni, 300km/h-s végsebességével gyorsabb volt, mint a kor legtöbb harci repülője. Változtatható állásszögű légcsavarja volt (ld. később), tíz utast volt képes szállítani. Nem rendelkezett azonban fékszárnnyal, mely hamarosan már a szabványfelszereléshez tartozott. Ezek a személyszállító gépek ráadásul még nem rendelkeztek túlnyomásos pilótafülkével, így ha a gép alacsonyan szállt, az utasokat a különböző légörvények boldogították, míg magasabb régiókban általános volt a hideg, a légszomj és a rosszullét. A harmincas években nagy sikernek örvendtek az ún. repülőcsónakok. Ezek tulajdonképpen nagy hidroplánok voltak, melyek közbenső szigetek, kikötök környékén szálltak le és így repülték át az óceánokat. Ezek az utak azonban korán sem voltak olyan rövidek: nem csak tankolni kellett a gépeknek, hanem az állandóan felmerülő hibáikat is ki kellett javítani, ráadásul nem volt az sem ritka, hogy kényszerleszállást hajtott végre vagy lezuhant egy-egy gép. Például 1930-ban Dornier Do X (baloldali kép) repülőcsónak 10 hónap alatt ért el az Angliából Amerikába: Lisszabonból a Kanári-szigeteken keresztül jutott el Dél- Amerikába, ahonnan a kontinens partvonalat követve jutott el New Yorkig. Az út közben egyszer kigyulladt a gép szárnya és több javítást hajtottak rajta végre másutt is. A két világháború közötti időszak volt a rekordok igazi hőskora is: John Alcock és Arthur Brown 1919 június 14-15.-én voltak az elsők, akik leszállás nélkül átrepülték az Atlanti-óceánt Vickers Vimmy nevű gépükkel. Az út 16 órán át tartott. Charles Linbergh Spirit of Saint Louis nevű könnyű gépével ugyanezt a tetet már egyedül hajtotta végre 1927-ben. A repülőgép motorok hatalmas fejlődésen mentek keresztül. Az első repülőgépek még autókból, motorbiciklikből kiszerelt benzinmotorokkal hasították az eget. A vízhűtéses autómotorok azonban túlontúl nehezek voltak, a léghűtéses motorbicikli motorok pedig túlmelegedésre hajlamosak; bármikor leállhattak. Hamarosan azonban (kb. 1908-1910) megjelentek az új, kifejezetten repülőgépek számára tervezett motorok. Az első repülőgépmotorok hengerei sorban helyezkedtek el és erősen igényelték a vízhűtést, vagy pedig a dugattyúk a tengelyből indulva kört alkottak (csillagmotor) és a levegő hűtötte őket. Ez utóbbiból volt olyan próbálkozás is, hogy a főtengely állva maradt és maga a motorblokk forgott a ráerősített légcsavarral együtt. Ennek az elgondolásnak megvolt az az előnye, hogy elég volt csak az alsó részt szabadon hagyni, a gép többi részét lehetett áramvonalasítani, hiszen a forgó motornak minden egyes dugattyúja az alsó borítatlan részre fordult időnként és ott hűtötte a levegő. Ez az elgondolás azonban csak kisebb (max. 200LE) motorok esetében működött. Fejlődött azonban a motorhoz kapcsolt légcsavar is, bár az alapelv természetesen változatlan maradt. Az első gépeken többnyire fából készültek a légcsavarok, de az egyre vékonyabb profil és az egyre nagyobb forgási sebesség miatt hamarosan kiszorították őket a fémből készült példányok. Mivel a felszálláshoz az enyhén csavarodó-, a gyors, egyenletes repüléshez azonban az erősen csavarodó lapátok a kedvezőbbek, ezért már a húszas években megjelennek a változtatható szögű légcsavarlapátok. A lapátok szögét általában a motor olajnyomásával szabályozták. A motorok egyre nagyobb teljesítményének átadása miatt a kétlapátú légcsavarok mellett megjelentek a három- és négylapátú légcsavarok. A sugárhajtómű megjelenésével a légcsavarok használata leginkább a kisebb gépekre korlátozódott, ám érdemes megjegyezni, hogy a fogyasztás csökkentése érdekében a közelmúltban (1986) Turbopróp néven ismét megjelent a légcsavar, de immáron a sugárhajtómű végére szerelve. - 3 -
1.4. Sugárhajtású gépek Az első sugárhajtómű létrejöttéről bajos beszélni. 1910 környékén repült az első sugárhajtású gép (Henri Coanda), de ennek felépítése még nagyban eltért a későbbi hajtóművekétől. Mindenesetre biztos, hogy 1930-ban az angol Frank Whittle szabadalmaztatta a sugárhajtómű ötletét és 1939-ben a német H. von Ohain megépítette első, az modern értelemben vett sugárhajtású repülőgépet a Heinkel He-178-ast. A második világháborúban mindkét oldal már bevetett ilyen vadászgépeket az angolok a Gloster Meteort, a németek a Messerschmitt Me 262-t (baloldali kép) de a csatákban még elhanyagolható volt a szerepük. 1949-ben szállt fel az első sugárhajtású utasszállító repülőgép, az angol De Havilland Comet melynek négy hajtóműve a szárnyába volt beépítve. Ez a repülőgép azonban nem volt túl sikeres: konstrukciós hibák miatt sok gép zuhant le (az ablakok négyszög alakúak voltak, melyeknek sarkaiból repedések indultak el, ami miatt a túlnyomás alatt álló törzs szétrobbant). Az ötvenes évek végén-hatvanas évek elején a sugárhajtóműves utasszállítók forradalmasítják a légiközlekedést: olcsóbbá és gyorsabbá teszik a repülést. 1969-ben felszáll a Boeing 747 Jumbo Jet, mely egészen az Airbus A380 közelmúltbeli megjelenéséig a világ legnagyobb utasszállító repülőgépe volt. A világ leggyorsabb sugárhajtású repülője máig az 1966-ban szolgálatba állított és 1996-ban forgalomból kivont Lockheed SR-71A Blackbird amerikai kémrepülőgép, melynek maximális sebessége 3 Mach felett van és csúcsmagassága 26km felett van (baloldali kép). Sugárhajtómű működési elve nem bonyolult: a gép hátul forró levegőt lök ki magából, amely olyan nagy sebességgel csapódik a környező levegőrétegbe, hogy ez előretolja a repülőgépet. A sugárhajtóművek közül az alábbi fajtákat használják jelenleg: Turbojet, Turboprop, Turbofan, Turboshaft és Ramjet. A Turbojet a legegyszerűbb sugárhajtómű: elől a kompresszor forgó lapátjai beszívják és összesűrítik a levegőt, míg az égéstérben a sűrített levegőbe fecskendezett üzemanyag folyamatosan ég és a kiáramló forgó gázok megpörgetik a turbinát (mely egy tengelyen van a hajtómű elején lévő kompresszorral) és a kiáramló forró levegő olyan nagy sebességgel lökődik ki, hogy ez előre hajtja a repülőgépet. A Turbprop gyakorlatilag olyan, mint egy egyszerű sugárhajtómű, de a végére propellerlapátokat szerelnek a gazdaságosabb működés érdekében. A mai utasszállítógépek zöme Turbojet vagy Turboprop hajtóművel rendelkezik. A Turbofant nagy sebességű gépek meghajtására használják, tipikusan ilyenek a gyorsabb harci repülőgépek és az utasszállítók között a Concorde. A hajtómű elején lévő hatalmas propeller lapátok vannak, melyek a levegő egy részét a kompresszoron keresztül az égéstérbe, majd a turbinákba továbbítják, de a levegő egy részét rögtön oldalt kifújják. Kis sebességnél ez utóbbi hideg levegőáram kelti a tolóerő nagy részét, ám a sebesség növekedésével azt leginkább a turbinából kiáramló meleg levegő szolgáltatja. A Turboshaft gyakorlatilag egy Turboprophoz hasonló gázturbinás hajtómű, csak a végén nem egy propellert, hanem a helikopter rotorját hajtja. A Ramjet az tulajdonképpen egy egyszerű torlósugár-hajtómű: nincsen mozgó alkatrésze, így elől lévő kompresszora sem. Ebből kifolyólag a hajtómű csak bizonyos sebesség fölött (tipikusan 1Mach+) hozható működésbe, ekkor áramlik ugyanis csak be elől - 4 -
levegő. Ezek a hajtóművek hihetetlen sebességre képesek (közelmúltban NASA kísérlet X-43A Hyper-X: 7Mach), de az alacsonyabb sebességre gyorsításhoz egy másik hajtómű szükséges. Modern utasszállító pilótafülkéje (saját fotó): Érdekességek: - Az SR-71 Blackbird (a világ leggyorsabb sugárhajtású repülőgépe) titánváza annyira a két hajtómű melegedése által okozott hőtágulásra van tervezve, hogy kikapcsolt hajtóművekkel rések vannak a vázán és csöpög belőle az üzemanyag. Ráadásul hideg állapotban a gép felszíne hullámos, mely csak nagyobb hőmérsékleten nagyobb sebességen egyenesedik ki. - Egy szintén 3 Machhal repülni képes gép, az Xb-70 Valkyrie a hőtágulás miatt minden gyors repülés alkalmával ledobta magáról a festéket. - A világ legnagyobb repülője az Antonov An-225 Mrija. Egyetlen egy darab épült belőle, az orosz űrsikló hordozására tervezték eredetileg. A gép maximális felszálló tömege 600 tonna, maximum 250 tonna hasznos terhet tud szállítani. Szárnyfesztávja méreteihez képest kicsiny, de így is 88,4m. A gépet hat darab 234kN erejű sugárhajtómű hajtja. 1.5. Helikopterek Van egy nézet, miszerint Leonardo da Vinci is megálmodta a helikoptert, ami csak az akkori nehéz anyagok és megfelelő hajtóerő hiányában nem volt megépíthető. Bármennyire is tetszetős ez az elképzelés, meg kell említeni, hogy ez így teljes egészében sajnos nem igaz, mert ha elemelkedett is volna az a gép a földtől, teljesen kezelhetetlen lett volna. Ez a jelenség melyet önforgásnak hívunk sokáig komoly gondokat okozott. Az önforgás jelenség magyarázata az, hogy az emelő forgószárny a függőleges főrotor forgásra kényszeríti az alatta lévő tömeget úgy, mint ahogyan a juharfa termése hullik csendesen körözve alá. 1907-ben a francia P. Cornune, aki a szédítő 60cm-es magasságot érte el gépével, két, egymással ellentétesen forgó rotorral küszöbölte ki a problémát (néhány nagyobb katonai szállítógép pl.: az amerikai CH-47 Chinook most is ezen az elven repül). A probléma ezzel a megoldással a nagyon bonyolult, meghibásodásra hajlamos szerkezet, mindenesetre az 1907-es repülés volt az első bizonyítottan sikeres kísérlet. 1923-ban a spanyol J. de la Cierva megalkotta az autogyrót, mely ugyan nem volt igazi helikopter hiszen egy helyben nem tudott lebegni de ez a - 5 -
szerkezet képes volt nagyon alacsony, mindössze néhány km/órás sebességgel is repülni, ráadásul egyszerű volt. A titok nyitja az, hogy gyakorlatilag egy repülőgépre tetejére szerelt rotorlapátokat, de ezeket nem motor hajtotta, hanem a gép mozgása során keletkezett légáramlat, és végül ezek a rotorlapátok emelték fel a gépet. Az gép fel és leszállására elegendő volt egy teniszpálya nagyságú hely. (A baloldali képen egy modern autogyro látható). 1936-ban a német H. Focke gyakorlatban is használhatóvá tette az 1907-es, két ellentétes irányú rotorral működő megoldást. Az első igazi, klasszikus értelemben vett helikoptert melynek alapelgondolását követi ma is a helikopterek 90%-a a Szovjetunióból USA-ba emigrált Igor Sikorsky alkotta meg 1939-ben. Az ő elgondolása szerint a függőleges, főrotor által okozott önforgást, egy (azzal kardántengellyel összekötött) vele szinkronban mozgó is kis farokrotor ellenpontozná azzal, hogy a másik irányba forgatja a helikoptert, mint a fő rotor tenné. Sikorsky óta a helikopter keveset változott: habár a dugattyús motorokat felváltották a nagyobb teljesítményű gázturbinák, a gépek felépítése alapjában véve változatlan maradt. A helikopterek előnye a merev szárnyú repülőgépekhez képest a lebegés, helyből fel- és leszállás és sokfajta manőverezés asztás, a bonyolult szerkezet miatti nagy karbantartási igény, képessége, hátrányaik közé tartozik a nagy fogy valamint kicsiny hatótávolság és az elérhető alacsony végsebesség. A sebességet a főrotor fordulatszáma korlátozza, hiszen a lapátok külső része (aminek a legnagyobb kerületi sebessége van) nem lépheti túl a hangsebességet. A világ leggyorsabb helikopterének sebessége csak 400km/h (gyakorlatban használt leggyorsabb gép 320km/óra végseb.). A főrotor mérete ráadásul korlátozza a helikopter és vele együtt a felemelhető legnagyobb teher mértékét is. Ráadásul mivel a Sikorsky típusnál az emelést csak egyetlen forgószárny végzi, ezért a terhet közvetlenül a főrotor tengelye alá kell rögzíteni, hogy ott legyen a gép súlypontja. Az utóbbi két említett probléma miatt nagyobb terhek szállítására a sokkal bonyolultabb, két egymással ellentétesen forgó rotorral rendelkező gépeket használnak. Érdemes még megjegyezni egy olyan probálkozást, mely a repülőgép és helikopter előnyeit próbálja egyesíteni. Ez gyakorlatilag egy repülőgép, melynek két légcsavarja akár menet közben függőleges állapotba hozható és ekkor rotorként működnek. Az elgondolás egyszerű, de a meghibásodásra hajlamos szerkezet miatt a kisérletek az ötvenes évek vége óta folynak és csak most fogják az amerikai hadseregben hadrendbe állítani az első ilyen típust, a Bell/Boeng V-22-t (csapatszállító gép). A baloldali képen ez a gép látható. (4500kg teherbírás, 550km/h végsebesség, 740km hatótávolság). 2. A repülés jelene 2.1. Légiirányítási rendszer A mai légirányítási rendszert a légifolyosók jellemzik. Ezek enyhe csúsztatással az utakhoz hasonlíthatok, tehát a gépek csak ezeken a megadott utakon mehetnek és nem két pont között a legrövidebb úton. A légtérnek így igen kis része, pár százaléka kihasznált, a légifolyosók zsúfoltak, telítettek. Forgalmas területeken az egyes légifolyosók függőleges eltérése akár csak 100m, vízszintes eltérése, pedig csak 500m lehet. Felmerül az igény esetleg egy légteret jobban kihasználó megoldásra (természetesen a katonai területek elkerülésével, zajszint betartásával stb.) - 6 -
2.2. Magánrepülőgépek Egyre népszerűbbek az üzletemberek körében a sugárhajtású magánrepülőgépek, különösen az USA-ban. Az ilyeneket fogadó repterek száma az USA-ban 5000, míg a rendes utasszállítógépek rendelkezésére csak 500 áll. A magángépek lehetnek egyéni tulajdonban, résztulajdonban (pl. NETJETS társaság), vagy bérelhetők (óránként minimum 1000$-ért). Lássuk most a sugárhajtóműves magángépek árát: Kategória ár (millió $) Hatótávolság (km) Befogadóképesség (fő) kicsi 3-7.5 3.000 8 közepes 7-12.5 5.000 8 nagy 12.5-28 7.000 12 kontinentális 30-35 11.000 12-15 A Nasa tervbe vette olcsó üzleti sugárhajtóműves gép fejlesztését, melynek ára csupán 1 millió $ körül mozogna. USA-ban egyébként egyre népszerűbbek a külön reptérrel rendelkező lakóparkok. 3. Kitekintés 3.1. A repülés és a világpolitika klasszikus háború: támadó és felderítő. hidegháború: kémrepülőgépek. 1960: U-2 kémrepülőt lelőnek a SZU fölött politikai botrány szállítás szükség esetén. 1948-49: Szovjetek blokád alá vonják Ny-Berlint légihíd blokád eredménytelen 3.2. A repülés és az irodalom Antoine de Saint-Exupéry: Francia regényíró, esszéista, hivatásos pilóta. Regényeiben az emberi küzdelem, a csapatszellem szépségét írja le. Új humanista szemlélete szerint az embernek összhangban kell élnie a természettel. Polgári majd hadi repülő volt. 1940-ben felderítő pilótaként szolgált. 1944-ben egy német repülőgéppel folytatott légicsatában gépe lezuhant. Művei: A déli futárgép (1929), Éjszakai repülés (1931), Az ember földje (1939), A kis herceg (1943), Citadella (1948). Forrás: http://www.berze-nagy.sulinet.hu/stilus/modern/exupery.htm Beszélgetést indító kérdések Alternatív repülőterek Magyarországi nagyvárosokban. Van-e jövőjük? Fapados légitársaságok. Légifolyosós, terhelt rendszer tartható-e? A biztonságra költött pénz és a katasztrófák számának ismeretében kiszámítható egy emberélet értéke $- ban Lesz-e új szuperszonikus utasszállító a Concorde után? 2001/09/11 után. Sok légitársaság csődbe ment. Megnövekedett biztonsági intézkedések. Tényleg biztonságos? Minden előírás jogos? Jövő? Számítógép irányítású utasszállítók? Rovar méretű kémek, vagy segítők? Atmoszférán kívüli gyorsabb repülés? Felhasznált irodalom Nahum, Andrew: Repülő gépezetek. Szemtanú sorozat. Park Kiadó. 1993. Parker, Steve: Repülés. Ablak a világra sorozat. Helikon-Minerva. 1991. Repülőgép enciklopédia. Szerk.: Reviczky Béla. Atheneum. 1993. Taylor, Michael: A modern katonai légierő enciklopédiája. Alexandra. Kiadás éve nem ismert. Reid, Struan: Találmányok és Felfedezések. Műszaki Könyvkiadó-Novotrade. 1988 Felix. R. Paturi: A technika krónikája. Offica Nova. 1991 Öveges József: Az élő fizika. Aranyhal kiadó. Kiadás éve nem ismert. Önképzőkör repülési linkgyűjteményében megadott webcímek Discovery TV: Extreme Machines, Mega Structures, Short Films stb. sorozatok - 7 - Gábor Önképzőkör: 2005.03.06 Vasárnap