Istoria avionului

   Considerat un vis nerealizabil, zborul i-a pasionat pe oameni si i-a facut sa nascoceasca diverse si ciudate masinarii cu care sa incerce sa se ridice in vazduh. Dar, abia acum un secol, fratii Wright au reusit in premiera, in America, intaiul zbor cu un aparat mai greu decat aerul. Aeroplanul lor a zburat doar cativa metri. De atunci si pana azi, avioanele au evoluat continuu, ajungand sa faca zboruri intre continente, cu o viteza ce o depaseste pe cea a sunetului. Toate aceste performante se datoreaza unor mari inventatori, care, cel mai adesea, isi pilotau propriile avioane, riscandu-si viata.
 
     Visul de a zbura a inceput cu legenda lui Icar. Închis in labirint de regele Minios, fiul lui Dedal si-a confectionat doua aripi din pene lipite cu ceara si s-a ridicat in vazduh, incercand sa scape. Apropiindu-se de soare, ceara s-a topit din cauza caldurii, iar Icar s-a prabusit in mare.
În perioada Renasterii, celebrul Leonardo da Vinci s-a gandit, pe langa alte masinarii fantastice, la un aparat cu care omul sa poata zbura. Studiind cu atentie zborul pasarilor, el a proiectat un aparat numit “ortopter". Aripile acestuia ar fi trebuit sa fie miscate in acelasi timp de mainile si picioarele unui om, procedeu ce s-a dovedit a fi imposibil. Planurile lui da Vinci au cazut apoi in uitare pentru multa vreme.
     Mai tarziu, in secolul al XVII-lea, italianul Franceso Lana-Terzi imagineaza o corabie zburatoare, care ar fi trebuit sa se poata ridica in aer cu ajutorul a patru globuri din metal, golite de aer. Acest proiect fantezist facut public in anul 1670 a ramas si el nerealizat. Totusi, spre sfarsitul secolului XVIII-lea, omul a reusit sa urce spre cer cu ajutorul balonului umplut cu aer cald. În secolul urmator sunt construite primele planoare(cu aripi arcuite, ca ale pasarilor) de catre Otto Lilienthal, care a si murit intr-o astfel de incercare de a cuceri vazduhul. Însa planorul a reprezentat primul pas spre construirea unui aparat mai greu decat aerul si care sa se deplaseze prin mijloace proprii. Acesta va fi aeroplanul sau avionul.
    În 1897, francezul Clement Ader a reusit sa se ridice in aer cu un aparat construit de el insusi, care semana cu o pasare mare si ciudata. Motorul punea in functiune o elice, care facea ca aeroplanul sa se urneasca de la sol. Unii considera ca acesta a fost primul avion din lume care a zburat. De fapt, “zborul" sau a fost un salt de cativa metri. Probabil ca primul zbor cu adevarat reusit a fost cel realizat cu aparatul fratilor Wilbur si Orville Wright cativa ani mai tarziu, in 1903. Acesti americani au reusit sa se ridice cu aeroplanul timp de 12 secunde, zborul avand loc la Kitty Hawk, in Carolina de Nord(S.U.A).
    Dupa aceasta data incepe sa fie construite si alte aeroplane, in America si Europa. Însa, pe atunci, ele abia se ridicau in aer. Cei care le urmareau “zborul" erau nevoiti sa se culce pe iarba, pentru a vedea daca rotile acestora s-au ridicat sau nu de pe pamant. Cu timpul, insa, aeroplanele s-au perfectionat, reusind sa zboare tot mai sus si mai repede.

   Ca orice noua inventie, si avionul a fost primit la inceput cu neincredere. Multa vreme s-a considerat ca este o mare cutezanta sa fii pilot, si adevarul este ca zborul cu un astfel de aparat fragil era foarte riscant. Primele aeroplane erau construite mai mult din lemn, cabluri si panza, iar rotile lor aveau spite ca acelea de la bicicleta. Constructorii urmareau ca acestea sa fie cat mai usoare, pentru a se putea ridica in aer.
    Insa progresele aveau loc repede in ceea ce priveste aviatia care abia luase nastere. In 1908, Henri Farman reuseste sa zboare pe o distanta de un kilometru, iar un an mai tarziu, tot un francez, Louis Blériot, traverseaza in zbor Canalul Manecii. In 1910, primul avion care se inalta in aer la peste 1000 de metri altitudine este cel al lui Geo Chavez, care traverseaza in zbor Alpii, dar se prabuseste la aterizare. In 1911 are loc primul zbor de noapte, iar un an mai tarziu se sare pentru intaia data cu parasuta din avion.
     In linii mari, un avion este alcatuit dintr-un corp alungit, denumit fuselaj, care reprezinta partea sa principala. In interiorul acestuia, in fata, se gaseste si locul pilotului. La inceput, cabina acestuia nu era inchisa, asa ca pilotul trebuia sa poarte o casca de piele si ochelari speciali, care il aparau de curentul puternic. Pentru a se mentine in aer, avionul are doua aripi mari, de-o parte si de alta a fuselajului. Cand acestea sunt duble, avionul se numeste biplan. Elicea, care face ca aparatul sa avanseze in aer, se afla in partea din fata, si este actionata de un motor. Cu trecerea timpului, motoarele s-au perfectionat, sporind viteza avionului. Hidroavionul este un avion care, in loc de a ateriza pe sol, pluteste pe apa. Tot de pe apa decoleaza, pentru a se ridica in aer. In loc de roti, el are flotoare, care sunt umplute cu aer si astfel nu se scufunda. Primele hidroavioane au aparut prin 1910.
    In primul razboi mondial, tarile aflate in conflict si-au dat seama ca avionul poate fi folosit ca o arma foarte eficienta, mai intai pentru recunoastere, apoi pentru vanatoare (urmarirea si distrugerea altor avioane in zbor) si bombardament. Din avioanele de recunoastere nu doar se observau de sus pozitiile inamicului, dar se faceau si fotografii aeriene. Avioanele de bombardament puteau arunca din aer bombe de pana la 1000 de kilograme!
    Dupa primul razboi mondial, performantele aviatice au sporit mult. Aparatele de zbor au inceput sa parcurga distante foarte lungi, pentru a duce scrisori si colete postale, ceea ce a inlesnit comunicatiile. S-au infiintat companii aeriene care faceau curse regulate si au aparut avioanele de pasageri. In 1927, Charles Lindbergh traverseaza pentru prima data Atlanticul, legand astfel, pe calea aerului, Europa de America de Nord. In 1931, Pacificul este traversat fara escala, din Japonia pana in Statele Unite (in orasul Seattle). Aviatia devine un sport, iar la mitingurile aviatice se pot vedea acrobatii aeriene foarte spectaculoase.
     Odata cu al doilea razboi mondial, avioanele incep sa aiba viteze ametitoare, iar bombardamentele devin distrugatoare. Germanii folosesc primii avionul cu reactie, spre sfarsitul razboiului. Acesta ajungea pana la o viteza aproape dubla fata de cea a unui avion obisnuit. Avionul cu reactie nu mai foloseste elicea, ci este propulsat de motorul sau, asemenea unei rachete.
In zilele noastre, avioanele de acest fel au devenit ceva obisnuit, mai ales pentru aviatia militara. Companiile aeriene de calatori folosesc aparate ce pot transporta sute de persoane la bord, legand unele de altele cele mai indepartate locuri ale planetei. 

    Avionul este o aerodină , prevăzută cu o suprafaţă portantă fixă ce asigură sustentaţia datorită vitezei de deplasare. Viteza de deplasare poate fi asigurată fie de acţiunea unor grupuri motopropulsoare, fie de acţiunea unei componente a greutăţii (în cazul zborului de coborâre sau al zborului fără motor).

     Istoric
     Apărute la începutul secolului XX, primele avioane cereau mult curaj şi îndemânare pentru a le pilota. În acea vreme, ele nu erau nici rapide, nici încăpătoare. Primul zbor cu aeroplanul a fost realizat în 1903, de către fraţii Orville şi Wilbur Wright. Louis Bleriot a fost primul pilot care a traversat Canalul Mânecii, în 1909. Charles Lindbergh a realizat prima traversare a Atlanticului, singur şi fără escală, în 1927. În 1933, Wiley Post a fost primul pilot de avion care a făcut singur turul lumii. A parcurs 25 000 km în 7 zile, 18 ore şi 49 de minute.

     Aerodinamica avionului
     Asupra unei aeronave aflate în zbor acţionează patru forţe care trebuie să se afle în echilibru. O forţă în general poate fi interpretată ca o tragere sau o împingere asupra unui obiect într-o anumită direcţie.

     Greutatea
     Greutatea este o forţă orientată întotdeauna spre centrul pământului. Ea este direct proporţională cu masa avionului şi depinde de încărcarea sa. Deşi este distribuită asupra întregului aparat, ne putem imagina că ea este colectată şi acţionează asupra unui singur punct, numit centrul de greutate. În zbor, deşi aeronava se roteşte în jurul centrului de greutate, orientarea greutăţii rămâne tot spre centrul pământului. În timpul zborului greutatea scade constant datorită consumării combustibilului din rezervoare. Distribuţia greutăţii şi centrul de greutate se pot şi ele schimba, de aceea pilotul trebuie să ajusteze constant comenzile pentru a ţine avionul în echilibru.

     Tracţiunea
     Tracţiunea este asigurată de sistemul de propulsie. Valoarea tracţiunii depinde de mai mulţi factori asociaţi sistemului de propulsie: tipul motorului, numărul de motoare, comanda motorului, viteza şi înălţimea de zbor. În figura alăturată, cele două motoare ale avionului sunt dispuse sub aripi şi orientate paralel cu fuzelajul, deci tracţiunea va acţiona pe linia central longitudinală a fuzelajului. La unele avioane (de exemplu Hawker-Siddeley Harrier|Harrier direcţia tracţiunii poate varia în funcţie de evoluţia pe care o execută. De exemplu la decolare ea este orientată la un anumit unghi faţă de axa longitudinală a avionului, pentru a "ajuta" avionul să decoleze .Însă, la avioanele turboreactoare, deşi gazele de ardere sunt evacuate în direcţie opusă direcţiei de zbor, acest lucru face ca avionul să fie "împins" înainte, pe principiul acţiune <-> reacţiune descris de Newton: oricărei forţe de acţiune i se opune o forţă egală şi de sens contrar, numită reacţiune.

     Rezistenţa la înaintare
     Rezistenţa la înaintare (la mişcare) este forţa aerodinamică care se opune oricărui corp ce se deplasează într-un fluid. Mărimea acestei forţe este influenţată de mai mulţi factori: forma aeronavei, densitatea şi compoziţia aerului, viteza. Direcţia acestei forţe este întotdeauna opusă direcţiei de zbor şi putem considera că ea "se concentrează" într-un singur punct numit centru de presiune.

    Portanţa
    Portanţă este forţa care ţine avionul în aer şi trebuie înţeleasă în raport cu celelalte trei. Ea poate fi generată de orice parte a aeronavei, dar la un avion obişnuit portanţa este datorată în special aripii şi în particular formei specifice în secţiune a aripii. Portanţa este o forţă aerodinamică datorată "trecerii" unui obiect printr-un fluid. Ea acţionează asupra centrului de presiune şi este definită ca fiind perpendiculară pe direcţia de curgere a fluidului.
    Teoriile despre generarea forţei portante au devenit surse de controverse şi subiect de discuţii aprinse. Deşi explicaţia exactă şi completă este destul de dificil de înţeles fără aparatul matematic adecvat, acest articol încearcă să expună principiile ei.
Schimbarea direcţiei sau vitezei unei curgeri de fluid generează o forţă. Mai exact, portanţa apare atunci când curgerea unui fluid este "întoarsă" de către un obiect solid. Când curgerea este deviată într-o anumită direcţie, portanţa apare în direcţia opusă, în concordanţă cu principiul acţiunii şi reacţiunii al lui Newton. Dat fiind că aerul este un fluid, moleculele sunt libere în mişcare şi orice suprafaţă solidă poate devia curgerea. Pentru o secţiune de aripă – numită profil aerodinamic – ambele sale suprafeţe, de sus – extrados şi respectiv de jos – intrados contribuie la întoarcerea curgerii. Luând în considerare doar una dintre suprafeţe, ajungem la o teorie incorectă a portanţei, de aceea ele se abordează împreună.
    Când două obiecte solide interacţionează într-un proces mecanic, forţele sunt transmise sau aplicate într-un „punct de contact”. Dar când un corp solid interacţionează cu un fluid, lucrurile sunt mult mai greu de descris, datorită faptului că fluidul îşi schimbă forma. Pentru un solid care este imersat într-un fluid, punctul de contact este orice punct de pe suprafaţa solidului. Deci avem de a face cu o forţă distribuită, adică cu o presiune.
    Valoarea unei forţei care acţionează asupra unei suprafeţe este egală cu presiunea înmulţită cu aria suprafeţei respective. Presiunea este o unitate scalară legată de distribuţia de presiunii din fluid. O forţă este o unitate vectorială, care are valoare şi direcţie, trebuie deci determinată direcţia forţei. Presiunea acţionează perpendicular sau normal pe suprafaţa unui corp solid, deci direcţia forţei pe o suprafaţă foarte mică a obiectului este normală la suprafaţă. Direcţia normală se schimbă de-a lungul profilului deoarece acesta are o suprafaţă curbată. Pentru a obţine forţa mecanică netă peste întregul profil trebuie adunate contribuţiile componentelor tuturor suprafeţelor mici ale obiectului. Este important de ştiut faptul că dacă presiunea pe o suprafaţă închisă este constantă, atunci nu există nici o forţă rezultantă, deoarece suma tuturor forţelor mici pe direcţiile normale dă valoarea zero. (Pentru fiecare mică suprafaţă, există o altă mică suprafaţă a cărei normală este orientată în exact direcţia opusă normalei primei suprafeţe).
     Pe un corp aflat într-un fluid în mişcare, viteza va avea valori diferite în puncte diferite de-a lungul suprafeţei închise a corpului. Presiunea locală (dată de acele suprafeţe forte mici de care vorbeam) fiind în relaţie directă cu viteza locală, rezultă de asemenea că ea va varia de-a lungul suprafeţei închise. Însumând toate presiunile locale normale şi înmulţind apoi cu suprafaţa exterioară totală a corpului va rezulta o forţă. Componenta acestei forţe perpendiculară pe direcţia de curgere a fluidului este numită forţa portantă, iar componenta de-a lungul direcţiei de curgere se numeşte rezistenţa la înaintare. În realitate există o singură forţă, cauzată de variaţia presiunii în jurul suprafeţei corpului sau - vorbind de profile aerodinamice - este cauzată de diferenţa dintre presiunile de pe intradosul şi respectiv extradosul profilului. Forţa aerodinamică acţionează într-un punct determinat de distribuţia presiunilor, punct numit centrul de presiune.
    Portanţa este o forţă mecanică, generată de interacţiunea şi contactul dintre un solid şi un fluid. Nu este generată de un câmp de forţe precum greutatea, care este generată de câmpul gravitaţional, unde un corp poate interacţiona asupra altui corp fără a fi în contact fizic propriu-zis. Pentru a avea portanţă, corpul solid trebuie să fie în contact direct cu fluidul. Deci, dacă nu există fluid, nu există nici mişcare.
Pe de altă parte, portanţa este generată de diferenţa de viteză dintre corpul solid şi fluid. Trebuie să existe o mişcare între obiect şi fluid. Deci dacă nu există mişcare, nu se poate vorbi de portanţă. Nu are importantă dacă fluidul este în mişcare şi corpul e static, sau dacă corpul se mişcă în fluid.
Factorii care influenţează portanţa sunt forma şi dimensiunea obiectului, viteza şi direcţia sa principală de mişcare faţă de fluid, densitatea fluidului, compresibilitatea şi viscozitatea sa.

    Părţile componente ale avionului şi manevrarea sa
    Forma exterioară a avionului, dimensiunile, motorizarea, organizarea structurală a componentelor sale îi influenţează direct performanţele. Avionul este un aparat complex alcătuit în mod normal din patru subsisteme:
1. structura de rezistenţă
2. sistemul de propulsie
3. echipamentele de bord şi aparatele de comandă a zborului
4. instalaţiile şi mecanizarea aeronavei
     În general, un avion este alcătuit din următoarele părţi principale: aripa cu dispozitivele sale de sustentaţie, fuzelajul, ampenajele orizontal şi vertical cu părţile lor mobile, trenul de aterizare şi sistemul de propulsie. Părţile mobile ale avionului sunt: eleroanele, profundorul, direcţia, flapsurile, voleţii, frâna aerodinamică şi compensatoarele.
     Aparatura de bord este alcătuită din: sisteme pentru controlul zborului, sisteme pentru controlul funcţionării motoarelor, sisteme de navigaţie aeriană, aparatură radio/radiolocaţie.
    La avioanele militare se adaugă armamentul de bord, instalaţiile de bombardament şi dirijare a rachetelor, blindajul de protecţie, acroşajele şi aparatura adecvată misiunilor de luptă.
    Acţionarea comenzilor avionului se realizează prin intermediul instalaţiilor hidraulice şi pneumatice. Esenţiale pentru zborul avionului sunt şi instalaţiile de alimentare cu combustibil şi ulei, instalaţiile electrice, de antigivraj (dezgheţare), sanitară, de izolaţie termică şi fonică, climatizare şi comenzile agregatelor aeronavei, echipamentul de dirijare.
   Comanda sistemului de propulsie şi a comenzilor părţilor sale mobile asigură manevrarea aeronavei.
   Comanda tracţiunii se realizează prin maneta de gaze care acţionează sistemul de propulsie.     Comenzile părţilor mobile sunt asigurate prin manşă, paloniere, flapsuri, frâne, etc. De exemplu, acţionarea manşei înainte şi înapoi implică bracarea profundoarelor în sus şi în jos, fapt care duce la o mişcare a avionului în sus sau în jos. Mişcarea manşei spre stânga sau dreapta acţionează eleroanele de pe aripi, ducând la o mişcare de ruliu (rotaţie) în jurul axei longitudinale. Călcarea palonierelor (pedalelor) spre stânga sau dreapta acţionează direcţia avionului în lateral. Ceea ce trebuie reţinut însă, este că manevrarea aeronavei se face prin acţionarea combinată a diferitelor comenzi.