Въздушните летателни апарати (; ) са превозни средства, които могат да летят, използвайки подемната сила на въздуха за преодоляване на гравитационното привличане към земната повърхност. Подемната сила може да бъде статична (при апарати, по-леки от въздуха, като балоните) или динамична (при апарати, по-тежки от въздуха, като самолетите и хеликоптерите). Теорията и практиката на полетите с летателни апарати се нарича авиация.
Макар че ракетите също летят в атмосферата, повечето от тях не са летателни апарати в описания смисъл, тъй като не разчитат на подемната сила на въздуха. Все пак някои ракети, като ракетопланите и крилатите ракети, влизат в дефиницията за летателен апарат, тъй като използват при летенето си съчетание от подемната сила на въздуха и прякото действие на ракетните двигатели. Друг особен вид летателни апарати са орбиталните самолети, предназначени да се издигат в околоземна орбита, но с възможност да се приземяват.
История
Историята на авиацията се простира повече от две хилядолетия, от най-ранните опити с хвърчила и планери до свръхзвуковите самолети. Първата форма на летящи обекти са хвърчилата около 200 – 300 години пр.н.е. Малки балони с горещ въздух, известни като небесни фенери, са известни в Китай още от III век пр.н.е. и са най-старите известни летателни апарати след хвърчилата. В V век Лю Бан изобретява дървената птица, която по всяка вероятност е голям книжен змей, или ранен планер.
В мюсюлманска Испания по времето на управлението на Умаяди в Кордовския халифат е регистриран опит за полет на арабския учен и изобретател Абас ибн Фарнас.'Abbas Ibn Firnas". John H. Lienhard. The Engines of Our Ingenuity. NPR. KUHF-FM Houston. 2004. No. 1910 В 852 година безразсъдният храбрец Армен Фирмен прави крила, изработени от плат, опънати върху дървени подпори. С този изглеждащ като чадър апарат Армен скача от минарето на Голямата джамия в Кордоба – доколкото апаратът не може да лети, той забавя падането му и храбрецът получава само леки наранявания. Неговото устройство е по-скоро прототип на съвременните парашути. Абас ибн Фарнас наблюдава полета. Според други източници Армен Фирмен е светското име на самия Абас ибн Фарнас.
Двадесет и пет години по-късно, през 875 година, на 65-годишна възраст, Фарнас разработва подобрен дизайн, който за първи път включва елементи на управляем полет. Той взима рамка с крила, което вероятно е първият делтаплан, и се спуска от малък хълм, като остава във въздуха няколко минути. По други източници ползва крила от голяма птица за летенето и преминава няколкостотин метра. При кацането си наранява гърба, което може да е причина да почине след 12 години. След полета той заявява, че кацането може да бъде подобрено като се постави опашка.Lynn Townsend White, Jr. (Spring, 1961). „Eilmer of Malmesbury, an Eleventh Century Aviator: A Case Study of Technological Innovation, Its Context and Tradition“, Technology and Culture 2 (2), p. 97 – 111 [100 – 101]Первые полёты , Saudi Aramco World, January-February 1964, д. 8 – 9 По някои описания използваното съоръжение прилича и на древен прототип на уингсют. Този му полет очевидно вдъхновява Еймър Малсбъри 100 години по-късно, който успява да лети 200 метра с подобна на делтапланер машина.Lynn Townsend White, Jr. (1978). „Eilmer of Malmesbury, An Eleventh Century Aviator“, Medieval Religion and Technology, Chapter 4. Los Angeles: University of California Press
През XV век мечтата на Леонардо да Винчи за летене намира израз в подробни негови изследвания на крилата на птиците. Намерени са чертежи, но той не стига до изработка на реални устройства.
Много по-реалистични за технологичните възможности на това време са балоните. Първите по-големи балони, способни да издигат във въздуха хора, се появяват в Западна Европа през XVIII век, а в края на XIX век са конструирани и първите дирижабли, балони със собствено задвижване. През XVII – XVIII век с откритието на водорода се появяват и първите водородни балони. Устройството на дирижаблите се усъвършенства – размерите им се увеличават, конструкцията им включва корав скелет и аеродинамично покритие, отделно от газовия балон. Поредица от инциденти, най-известен от които е този с дирижабъла Хинденбург през 1937 година, слага край на златния век на дирижаблите.
Човечеството винаги е гледало към небето и птиците, които го владеят. Мечтата за полет от хората е вечна. Това е причина и почти всички народи да създават легенди за това. Някои от тях са пряко свързани с исторически личности, но други не са. Със сигурност може да предполагаме, че храбреци, които правят опити, е имало навсякъде. В българската легенда майстор Манол след като е затворен в минарето, което е построил, си прави крила и отлита. В центъра на Разград има построен паметник на майстора. Такива легенди има и в руския фолклор, румънския фолклор и други.
През XVII век турският пътешественик Евлия Челеби заявява, че през 1630 – 1632 г. той вижда един турски учен Ахмед Чалаби Хезарфена да прелита Босфора на машина с крила. Той скача от кулата Галата (височина 55 m) в Истанбул и прелита на разстояние около 3 километра, като каца от другата страна на Босфора без никакви наранявания.Arslan Terzioglu (2007). „The First Attempts of Flight, Automatic Machines, Submarines and Rocket Technology in Turkish History“, The Turks (ed. H. C. Guzel), с. 804 – 810
През 1670 година Франческо де Лана-Терзи публикува работа, която предлага технология на полет на устройство по-леко от въздуха чрез използване на сфери, в които се създава вакуум, което като цяло трябва да е по-леко от въздуха, и ще повдигне устройството. Той не взема предвид обаче факта, че тези сфери ще бъдат смазани от налягането на въздуха.
Всички тези опити представляват в по-голямата си част прототипи на делтаплан, планери или уингсют и допринасят в сравнително малка степен за съвременното развитие на въздушните летателни апарати поради липсата на двигател и независимост от природата.
Съвременно развитие Експерименти с безмоторни самолети поставят основите на по-късно изобретените по-тежки от въздуха летателни апарати и от началото на 20 век напредъкът в технологията на двигателите и аеродинамиката прави възможни контролираните полети за първи път. Индустриалната революция, развитието на науката и технологиите са тези, които в рамките на по-малко от век и половина превръща самолета в основа на съвременния живот. Ето и едни от основните постижения.
Между 1891 и 1896 г. Ото Лилиентал проектира, построява и облита няколко планера. На 17 декември 1903 се извършва първият успешен полет на самолет от американските механици Братя Райт с двигател с вътрешно горене, работещ с авиационно гориво. На 25 юли 1909 г. французинът Луи Блерио със самолет собствена конструкция Блерио XI след 37-минутен полет пръв прелита Ламанш (La Manche) между градовете Кале (Calais) и Доувър (Dover) в Англия. На 29 септември 1913 г. френският авиатор Морис Прево (Maurice Prevost) установява световен рекорд със скорост 200 km/h. Това постижение е надминато едва 10 години по-късно. Рекордът е установен със самолет моноплан Депердюсен Монокок (Deperdussin Monocoque) на френския конструктор Арман Депердюсен (Armand Deperdussin) (1867 – 1924). На 26 юни 1919 г. е проведен първи полет с първия целометалически самолет за гражданско въздухоплаване Junkers F 13 на германската фирма Junkers & Co. Редовни полети с този самолет се провеждат от 29 октомври 1919 г. Това е самолетът обслужвал линиите на първата българска авиокомпания Бунавад. На 20 май 1927 г. американският авиатор Чарлз Линдберг прелита за пръв път Атлантическия океан. Полетът със самолета Духът на Свети Луис (Spirit of St. Louis) от Ню Йорк до Париж продължава 33 часа и 30 минути. На 18 юни 1937 г. самолетът АНТ-25 (конструкция на Андрей Туполев) от СССР прелита над северния полюс и при изключително тежки условия на полета се приземява на 20 юни в град Ванкувър, щат Вашингтон, САЩ. Самолетът е пилотиран от летците Валерий Чкалов, Байдуков и Беляков. На 31 декември 1968 г. започват полетите със Ту-144 – съветски свръхзвуков пътнически самолет. Експерименталните полети продължават и на 5 юни 1969 г. тази машина преминава скоростта на звука, а на 15 юли 1969 г. става първият пътнически самолет, преминал 2 Мах.
Видове летателни апарати Апарати, по-леки от въздуха
Аеростатите са летателни апарати, по-леки от въздуха, които използват плаваемостта, за да се придвижват във въздуха, по същия начин, по който корабите се придвижват по водата. Те трябва да имат средна плътност, по-ниска от тази на въздуха, и за тази цел конструкцията им включва резервоари с лек газ, като хелий, водород или нагрят въздух. С това общо понятие са наименувани всички летателни апарати по-леки от въздуха (балони, дирижабли), независимо от техните разновидности и различия.
Аеростатите без собствено задвижване се наричат балони, а тези със собствено задвижване – дирижабли. При диражаблите конструкцията, съдържаща резервоара с лек газ може да бъде корава или деформируема. Балоните и дирижаблите се различават по формата, размерите, използваните газ или газови смеси и начина за управление и експлоатация. Подемната сила при тях се дължи на разликата в плътността на газа в аеростата и този на заобикалящата го среда в съответствие със закона на Архимед. В наши дни аеростатите имат ограничено приложение, главно със спортни, демонстрационни или рекламни цели.
Апарати по-тежки от въздуха
Апарати по-тежки от въздуха и без двигател
Предшественикът на въздухоплавателните средства с неподвижно крило е хвърчилото. Докато самолетите с фиксирано крило разчитат на скоростта си напред за създаване на въздушен поток над крилата, то едно хвърчило е свързано за земята и разчита на вятъра над крилата си, за да се издигне. Хвърчилата са първият вид самолети и са измислени в Китай около 500 г. пр.н.е. Голяма част от аеродинамичните изследвания са направени с хвърчила, преди опити със самолети да станат възможни и достъпни и по-късно да се използват компютърни програми за моделиране.
Първите по-тежки от въздуха въздухоплавателни съдове, способни на контролиран свободен полет са безмоторните самолети. Безмоторен самолет с екипаж извършва първия си полет през 1853 година. Най-важните характеристики на крилото на апаратите с неподвижно крило са: Брой на крилата Подкрепа на крилото Платформа на крилото Местоположение на хоризонталния стабилизатор Двустенен ъгъл
Най-известният конструктор, допринесъл най-много за развитието на самолетостроенето в неговото начало е Ото Лилиентал.
Един от най-модерните летателни апарати създаден от съвременната инженерна наука е космическият кораб за многократно използване (космическата совалка). Совалката се изстрелва от повърхността на Земята чрез ракета носител, както и другите космически кораби. Завръщането ѝ става, като след навлизането ѝ в земната атмосферата влиза в режим на плъзгане във въздуха, както при планера, като коефициентът ѝ на плъзгане е 4,5. Включване на двигател е възможно, но на практика не е необходимо. В крайната фаза се използва парашут.
С развитието на материалите и технологиите е свързано и развитието на най-леките съвременни безмоторни летателни апарати. Това са делтапланерите, парашутите и свързаните с тях парапланеризъм и уингсют.
Апарати по-тежки от въздуха и с двигател Самолет
Най-известният представител на въздухоплавателно средство с неподвижно крило е самолетът. Той е по-тежък от въздуха и осъществява полет в атмосферата с помощта на силова установка и неподвижно крило. Самолетът е способен да се придвижва с висока скорост, използвайки подемната сила на крилото за уравновесяване на теглото и теглителната сила от силовата установка за уравновесяване на челното съпротивление. Неподвижното крило го отличава от махолета, а наличието на силова установка – от планера.