emirates-a380-with-new-livery-by-vincenzo-pace-from-sf.avif

Ministerul Educației

Colegiul Național “Petru Rareș”

PROIECT DE ATESTAT

Aviația: O călătorie prin istoria zborului

Coordonator: Prof Marius UDUDEC

Absolvent: Grădinaru Mihnea

Argumentarea alegerii temei

În proiectul de atestat Aviația. O călătorie prin istoria zborului am explorat temele principale ale acestui subiect, adică Istoria aviației, Avionul și aerodinamica acestuia, Componentele principale ale aeronavei, Aparatura de bord și Categorii semnificative de aparate zburatoare.

Aviația reprezintă pentru mine o pasiune profundă, o dorință de a înțelege și explora cerul, dar și de a descoperi cum visul omului de a zbura a devenit realitate, prin eforturile și inovațiile tehnice din decursul istoriei. Astfel, aviația, ca pasiune și domeniu de studiu, nu doar că mă fascinează, dar mă inspiră să continui să învăț și să contribui la dezvoltarea acestui domeniu extraordinar, în viitorul apropiat optând pentru urmarea unei școli de zbor în vederea unei cariere profesionale.

Aviația. Istoric

Aviația este ramura aeronauticii care se ocupă de construcția, funcționarea și utilizarea aeronavelor mai grele decât aerul. Tot prin „aviație” se înțelege totalitatea avioanelor și a personalului de care dispune o țară.

După scop și destinație, aviația se împarte în:

Aviația de transport, care servește la transportul călătorilor și al mărfurilor.
Aviația sportivă, al cărei scop principal este recrutarea de tineri pentru a deveni piloți sau parașutiști. Tot în cadrul aviației sportive sunt organizate și activitățile de zbor cu motor sau fără (planorism) pentru piloții sportivi, precum și activitățile de parașutism și aeromodelism.
Aviația utilitară, care prestează diferite servicii de transport în domeniul sanitar (aviația sanitară) și turistic (aviația de agrement), respectiv prestează lucrări de tratamente chimice în agricultură și silvicultură (aviația agricolă).
Aviația militară, care este o categorie de forțe armate, destinată ducerii acțiunilor de luptă în cooperare cu trupele de uscat, marina militară, și alte forțe militare precum și pentru misiuni independente. Aviația militară efectuează și activități de transport aerian (trupe, tehnică) în scopuri proprii

Istoric

Primul planor experimental a fost construit de Otto Lilienthal în 1890. Apariția motoarelor cu ardere internă a impulsionat construcția de avioane. Frații Wright au construit primul avion cu un astfel de motor, reușind primul zbor la 17 decembrie 1903. În conformitate cu Institutul Smithsonian și Federația Aeronautică Internațională (FAI), ei au realizat primul zbor controlat de la bord (pilotat) cu un aparat mai greu decât aerul, la Kill Devil Hills, la patru mile sud de Kitty Hawk, Carolina de Nord, pe 17 decembrie 1903.

Primul avion care a decolat cu mijloace proprii de bord a fost construit în Franța de inventatorul român Traian Vuia (18 martie 1906). În decembrie 1910, inginerul român Henri Coandă a efectuat primul zbor cu un avion cu reacție, pe care l-a construit în Franța.

În România, primul avion a fost construit în 1910 de Aurel Vlaicu.

Între cele două războaie mondiale, se dezvoltă aviația de transport, pentru pasageri și pentru mărfuri. În perioada celui de-al Doilea Război Mondial, s-a perfecționat construcția de avioane, realizându-se aparate de zbor cu viteze mari (500 – 750 km/h). După cel de-al Doilea Război Mondial, tehnica aviației înregistrează un salt semnificativ în urma înzestrării avioanelor cu motoare cu reacție, fapt care a condus la realizarea avioanelor supersonice moderne.

Aerodinamica avionului

Portanța

Portanța este forța care ține avionul în aer și trebuie înțeleasă în raport cu celelalte trei. Ea poate fi generată de orice parte a aeronavei, dar la un avion obișnuit portanța este datorată în special aripii și în particular formei specifice în secțiune a aripii. Portanța este o forță aerodinamică datorată "trecerii" unui obiect printr-un fluid. Ea acționează asupra centrului de presiune și este definită ca fiind perpendiculară pe direcția de curgere a fluidului.

Tracțiune

Tracțiunea este asigurată de sistemul de propulsie. Valoarea tracțiunii depinde de mai mulți factori asociați sistemului de propulsie: tipul motorului, numărul de motoare, comanda motorului, viteza și înălțimea de zbor.

Rezistența la înaintare

Greutatea este o forță orientată întotdeauna spre centrul Pământului. Ea este direct proporțională cu masa avionului și depinde de încărcarea sa. Deși este distribuită asupra întregului aparat, ne putem imagina că ea este colectată și acționează asupra unui singur punct, numit centrul de greutate. În zbor, deși aeronava se rotește în jurul centrului de greutate, orientarea greutății rămâne tot spre centrul pământului. În timpul zborului greutatea scade constant datorită consumării combustibilului din rezervoare

Rezistența la înaintare (la mișcare) este forța aerodinamică care se opune oricărui corp ce se deplasează într-un fluid. Mărimea acestei forțe este influențată de mai mulți factori: forma aeronavei, densitatea și compoziția aerului, viteza. Direcția acestei forțe este întotdeauna opusă direcției de zbor și se poate considera că ea „se concentrează” într-un singur punct, numit centru de presiune.

Greutatea

Componentele principale
ale aeronavei

Ampenaj vertical

Fuselajul

Aripă

Tren de aterizare

Motoare tip JET

Cabină

Ampenaj orizontal

Forma exterioară a avionului, dimensiunile, motorizarea, organizarea structurală a componentelor sale îi influențează direct performanțele. Avionul este un aparat complex, alcătuit în mod normal din patru subsisteme:

1. structura de rezistență

2. sistemul de propulsie

3. echipamentele de bord și aparatele de comandă a zborului

4. instalațiile și mecanizarea aeronavei

Avioanele, de regulă, sunt alcătuite din următoarele părți principale : aripa cu dispozitivele sale de sustentație, fuselajul, ampenajul orizontal și vertical cu părțile lor mobile, trenul de aterizare și sistemul de propulsie.

Părțile mobile ale avionului sunt: eleroanele, profundorul, direcția, flapsurile (voleții), frâna aerodinamică și compensatoarele.

Aparatura de bord este alcătuită din: sisteme pentru controlul zborului, sisteme pentru controlul funcționării motoarelor, sisteme de navigație aeriană, aparatură radio/radiolocație

Categorii semnificative de
aparate zburătoare

Un planor este o aeronavă de zbor fără motor, mai grea decât aerul, care aparține categoriei aripă fixă. Zborul unui planor presupune alternarea între urcarea în curentele ascendente și planarea (zborul cu o mică pierdere de altitudine), iar principiul de funcționare al planorului se bazează pe conversia energiei potențiale în energie cinetică.

Zborul în curenți ascendenți și planarea

• În timpul urcării în curentul ascendent (cunoscut sub denumirea de „termică” sau „cămin termic”), planorul câștigă energie potențială. Aceasta este convertită în viteză de înaintare (energie cinetică) în timpul zborului de planare, când avionul zboară pe o traiectorie aproape orizontală.

• În principiu, orice avion poate fi considerat un planor atunci când se află în faza de planare, de exemplu: o Zborul Airbus A330 în zborul 236 al companiei Air Transat, care a parcurs o distanță de 120 km în planare. o Aterizarea unui Airbus pe râul Hudson în 2009, când avionul a efectuat un zbor planat fără motor. Totuși, la avioanele propulsate de motoare, planarea se limitează, de obicei, la o simplă coborâre stabilă. Excepție fac motoplanoarele, care pot zbura asemenea unui planor normal datorită construcției lor speciale.

Totuși, la avioanele propulsate de motoare, planarea se limitează, de obicei, la o simplă coborâre stabilă. Excepție fac motoplanoarele, care pot zbura asemenea unui planor normal datorită construcției lor speciale.

Zborul unui planor – Lansare și utilizarea termicii

Zborul unui planor începe cu lansarea, care se face în mod obișnuit prin remorcaj de avion sau prin utilizarea unui mosor (sistem de lansare mecanizat).
După atingerea unei înălțimi corespunzătoare, planorul își continuă zborul utilizându-și caracteristicile aerodinamice (portanța față de rezistența la înaintare).
Curenții ascendenți (termica) permit planorului să câștige altitudine. Atunci când planorul intră într-un curent ascendent, variometrul (aparatul de bord care măsoară variațiile de altitudine) indică urcare, iar pilotul comandă spiralarea și centrarea planorului în interiorul căminului termic pentru a câștiga înălțime.

Categorii semnificative de
aparate zburătoare

Dirijabilele, cunoscute și sub numele de aerostate, sunt aparate zburătoare mai ușoare decât aerul, care funcționează prin principiul flotabilității. Spre deosebire de baloanele obișnuite, acestea sunt prevăzute cu un sistem de propulsie și cârme de direcție, ceea ce le permite să fie controlate în zbor.

Istoria și evoluția dirijabilelor

Primul zbor controlat al unui dirijabil a avut loc în 1852, când inginerul francez Henri Giffard a construit un dirijabil propulsat de un motor cu aburi, capabil să se deplaseze controlat pe o distanță relativ scurtă. Deși a fost un început modest, dirijabilele s-au dezvoltat semnificativ în următoarele decenii.

În perioada de apogeu a dirijabilelor, între sfârșitul secolului XIX și începutul secolului XX, acestea erau folosite pentru diverse scopuri, de la transport de persoane până la misiuni de recunoaștere militară. Există două categorii principale de dirijabile:

Dirijabilele ne-rigide, cunoscute și ca "baloane de observație", nu aveau o structură fixă și se bazau pe gazul intern pentru a-și menține forma.
Dirijabilele rigide, cum ar fi celebrele zeppeline germane, aveau o structură metalică ce le oferea o formă constantă. Aceasta permitea construirea unor dirijabile mult mai mari și mai stabile, care puteau transporta mai mulți pasageri și o cantitate mai mare de marfă.

Dirijabile celebre și contribuția lor

Zeppelinul LZ 127 Graf Zeppelin a realizat călătorii impresionante în anii 1920 și 1930, inclusiv un zbor în jurul lumii. Dirijabilul a fost construit în Germania și a fost unul dintre cele mai mari dirijabile folosite pentru transport de persoane.
Hindenburg (LZ 129), cel mai mare dirijabil construit vreodată, avea o capacitate de 97 de pasageri și putea parcurge distanțe transatlantice. Totuși, un accident tragic a avut loc în 1937, când Hindenburg s-a prăbușit în New Jersey, Statele Unite, din cauza unei explozii cauzate de hidrogenul inflamabil. Acest incident a marcat sfârșitul epocii dirijabilelor ca mijloc principal de transport.

Utilizarea dirijabilelor în scop militar

Dirijabilele au fost utilizate intens în Primul Război Mondial, în special de armata germană, pentru a efectua misiuni de recunoaștere și chiar bombardamente. Zeppelinele erau adesea folosite pentru a patrula deasupra teritoriului inamic și pentru a furniza informații valoroase despre poziționarea trupelor și a fortificațiilor. Totuși, dirijabilele erau vulnerabile la focul inamic și la condițiile meteorologice nefavorabile, ceea ce a limitat eficiența lor.

Rolul dirijabilelor în prezent

Astăzi, dirijabilele sunt rareori utilizate pentru transport, însă au rămas populare pentru activități de promovare și publicitate datorită vizibilității lor mari. De asemenea, ele sunt folosite pentru supravegherea unor zone mari, ca în cazul evenimentelor sportive sau în proiectele de cercetare atmosferică. Dirijabilele moderne sunt umplute cu heliu, un gaz neinflamabil, făcându-le mai sigure decât cele din trecut.

Categorii semnificative de
aparate zburătoare

Elicopterele reprezintă o categorie unică de aparate zburătoare, deoarece sunt capabile de decolare și aterizare verticală, precum și de zbor staționar. Aceste capacități le fac extrem de versatile și valoroase pentru o gamă largă de utilizări, de la operațiuni de salvare până la transport militar și comercial în zone greu accesibile.

Principiul de funcționare al elicopterului

Elicopterele sunt propulsate de un rotor principal amplasat pe fuselaj, care generează portanță și tracțiune prin învârtirea rapidă a palelor rotorului. Unghiul de atac al acestor pale poate fi modificat pentru a permite controlul asupra altitudinii și direcției de zbor. Multe elicoptere au și un rotor de coadă, care contrabalansează momentul de torsiune creat de rotorul principal, permițând controlul asupra rotației laterale a elicopterului.

Istoria elicopterelor

Primele concepte ale zborului vertical au apărut încă din Renaștere, Leonardo da Vinci schițând unul dintre primele modele teoretice de elicopter. Cu toate acestea, abia în secolul XX, inventatori ca Juan de la Cierva și Igor Sikorsky au reușit să construiască primele elicoptere funcționale.

Juan de la Cierva, inginer spaniol, a creat primul autogir – un precursor al elicopterului, care folosea un rotor liber pentru portanță și un motor pentru propulsie orizontală.
Igor Sikorsky, un pionier în domeniul aviației, a reușit să dezvolte și să piloteze în 1939 modelul VS-300, primul elicopter modern funcțional, echipat cu un rotor principal și un rotor de coadă pentru stabilitate. Această configurație a devenit standard pentru elicopterele moderne și este utilizată pe scară largă și astăzi.

Avantajele elicopterelor și aplicațiile lor

Zbor vertical și staționar: Capacitatea de a decola și ateriza pe verticală le permite să fie utilizate în zone inaccesibile pentru alte tipuri de aeronave, precum terenuri montane sau platforme maritime.
Manevrabilitate în spații limitate: Elicopterele pot opera în spații înguste și se pot deplasa în orice direcție, inclusiv înapoi și lateral, ceea ce le face ideale pentru misiuni de salvare și intervenții rapide.
Zbor staționar: Elicopterele pot rămâne staționare în aer, facilitând misiuni precum supravegherea, intervențiile medicale de urgență și transportul de echipamente în zone precise.

Utilizarea elicopterelor în diferite domenii

Salvare și intervenții de urgență: Elicopterele sunt esențiale pentru operațiuni de căutare și salvare, transportând echipaje de intervenție rapidă și evacuând persoane din zone periculoase. Ele sunt utilizate frecvent în intervenții medicale de urgență pentru a transporta pacienți critici către spitale într-un timp scurt.
Transport militar: În domeniul militar, elicopterele sunt utilizate pentru transportul trupelor, echipamentelor și pentru misiuni de luptă. Modele precum UH-60 Black Hawk sau AH-64 Apache sunt emblematice pentru transportul tactic și atac aerian.
Industrii comerciale și industriale: Elicopterele sunt folosite și în scopuri industriale, cum ar fi transportul de materiale către locații izolate (platforme petroliere, zone montane), în industria construcțiilor și în inspecțiile și supravegherea liniilor electrice.
Aviația civilă și turism: Elicopterele sunt tot mai populare în aviația civilă pentru transportul privat, în special în zone urbane aglomerate, precum și pentru turism, oferind zboruri panoramice în locații greu accesibile.

Categorii semnificative de
aparate zburătoare

Avioanele cu reacție au adus o schimbare radicală în lumea aviației datorită capacității lor de a atinge viteze și altitudini mult mai mari comparativ cu avioanele propulsate de elice. Motoarele cu reacție, sau turborreactoarele, funcționează pe baza principiului acțiunii și reacțiunii: arderea combustibilului în motorul cu reacție creează o expulzie puternică de gaze, care împinge avionul în direcția opusă, generând o putere de propulsie semnificativă.

Istoria primelor avioane cu reacție

Primul zbor cu succes al unui avion propulsat de un motor cu reacție a avut loc în 1939, când avionul Heinkel He 178 al Germaniei a decolat, marcând debutul unei noi ere a aviației. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, avioanele de vânătoare cu reacție, precum Messerschmitt Me 262 din Germania, au început să fie folosite în luptele aeriene, fiind superioare în viteză avioanelor de vânătoare clasice.

La scurt timp după război, dezvoltarea avioanelor cu reacție s-a extins rapid în scopuri civile, marcând începutul transportului aerian modern. În 1952, de Havilland Comet din Marea Britanie a devenit primul avion comercial cu reacție care a intrat în serviciul regulat de pasageri. Deși acest model a avut inițial probleme structurale, succesul avioanelor cu reacție a determinat investiții masive în aviația civilă.

Tipuri de motoare cu reacție

Motoare cu reacție turboreactoare: Sunt cele mai comune tipuri de motoare de reacție utilizate la avioanele de linie și avioanele militare. Acestea funcționează prin comprimarea aerului înainte de amestecul cu combustibilul, care este apoi aprins, expulzând gaze fierbinți printr-o duză pentru a genera propulsie.
Motoare turboventilatoare (turbofans): Cele mai utilizate la avioanele comerciale moderne, aceste motoare combină viteza unui motor cu reacție cu un ventilator mare în fața motorului, care crește eficiența consumului de combustibil. De asemenea, acestea sunt mai silențioase, fiind potrivite pentru aviația civilă.
Motoare scramjet și ramjet: Aceste tipuri de motoare sunt special concepute pentru zboruri de mare viteză, inclusiv zboruri hipersonice. Motoarele scramjet au fost utilizate experimental pentru a propulsa avioane la viteze de peste Mach 5.

Avantajele avioanelor cu reacție în aviația civilă și militară

Viteza și eficiența timpului: Avioanele cu reacție pot atinge viteze supersonice și chiar hipersonice, fiind ideale pentru transportul pe distanțe lungi. De exemplu, zborurile transatlantice au devenit comune și accesibile datorită avioanelor cu reacție.
Capacitatea de transport mare: Avioanele cu reacție pot transporta un număr mare de pasageri și o încărcătură considerabilă, fiind astfel baza industriei de transport aerian modern.
Utilizarea în scopuri militare: Avioanele de luptă cu reacție domină aviația militară modernă datorită manevrabilității și vitezei lor. Modele precum F-22 Raptor sau Sukhoi Su-57 sunt echipate cu tehnologii avansate de propulsie, permițându-le să fie extrem de eficiente în misiuni de atac, interceptare și recunoaștere.

Avioanele cu reacție în transportul civil

După lansarea avionului Boeing 707 în 1958, avioanele cu reacție au devenit coloana vertebrală a transportului civil. Modele de succes, precum Boeing 747 și Airbus A380, au deservit rute globale, făcând din zbor un mod accesibil de călătorie. Datorită acestor avioane, timpul de zbor între continente s-a redus considerabil, iar companiile aeriene au putut transporta un număr mare de pasageri în condiții de confort și siguranță.

Provocări și viitorul avioanelor cu reacție

Avioanele cu reacție, deși eficiente, au un consum ridicat de combustibil, fapt ce generează un impact semnificativ asupra mediului. Din acest motiv, industria aviației investește în cercetarea de noi tehnologii, inclusiv combustibilii sustenabili pentru aviație (SAF) și chiar motoarele electrice sau cu hidrogen, în încercarea de a reduce emisiile de carbon.

De asemenea, sunt dezvoltate proiecte de avioane hipersonice și de reîntoarcere a avioanelor supersonice comerciale, care ar putea reduce timpul de zbor transatlantic la doar câteva ore, oferind o nouă revoluție în transportul aerian.

Avioanele cu reacție rămân, așadar, unul dintre cele mai importante simboluri ale progresului tehnologic și contribuie semnificativ la globalizarea și mobilitatea modernă.