zrakoplov

ilustracija
ZRAKOPLOV, Airbus A340
ilustracija1ilustracija2ilustracija3ilustracija4ilustracija5ilustracija6ilustracija7ilustracija8ilustracija9ilustracija10

zrakoplov, zračna letjelica teža od zraka (aerodin) s nepomičnim krilima i vlastitim pogonom; u hrvatskom zakonodavstvu i većem dijelu zrakoplovne struke češće se naziva avion (zastarjelo aeroplan), dok se nazivom zrakoplov označavaju sve zračne letjelice, bilo da se gibaju pokretane vlastitim pogonom ili su nošene zračnim strujama u Zemljinoj atmosferi. (→ letjelice, zračne)

Održavanje u zraku kod zrakoplova se, kao i kod drugih aerodina (hidroplani, helikopteri, jedrilice, zmajevi, ultralake letjelice i dr.) postiže zahvaljujući aerodinamičkom uzgonu. Naime, zbog kretanja zrakoplova tjeranoga motorom prema naprijed, zrak opstrujava oko krila; zahvaljujući posebnom obliku krila (→ aeroprofil) nastaje i razlika tlakova s njihove gornje i donje strane, što rezultira uzgonom usmjerenim prema gore; ta se sila suprotstavlja težini zrakoplova. Veličina uzgona ovisi o brzini nastrujavanja zraka na krilo (zbroj brzine kretanja zrakoplova i brzine vjetra), obliku krila i napadnom kutu (kutu što ga os poprečnoga presjeka krila zatvara sa smjerom nastrujavanja zraka), referentnoj površini krila te o gustoći zraka u kojem se letjelica kreće. Zbog gibanja krila kroz zrak, tj. zbog razlike tlakova ispred i iza krila, trenja čestica zraka o površinu krila i međusobno, osim uzgona, javlja se i neželjena sila otpora usmjerena unatrag, koja se suprotstavlja sili potiska, odnosno gibanju zrakoplova. Kako bi odnos uzgona prema sili otpora bio povoljan, presjek krila mora biti vitak, na prednjem (napadnom) bridu zaobljen, a na stražnjem oštar.

Upravljanje zrakoplovom izvodi se s pomoću upravljačkih površina (ploha) smještenih na krilima i repnom dijelu zrakoplova: krilaca kojima se upravlja momentom valjanja (zakretanje oko uzdužne osi), kormila dubine kojim se upravlja momentom propinjanja (zakretanje oko poprečne osi) te kormila smjera (pravca) kojim se upravlja momentom skretanja (zakretanje oko vertikalne osi). Nekim suvremenim zrakoplovima kadšto se upravlja s pomoću mlaznica smještenih na krajnjim točkama trupa i krila ili zakretanjem izlaznih mlaznica motora.

Sklopovi zrakoplova

Zrakoplov se sastoji od nekoliko osnovnih sklopova: trupa, krila, repnih površina, pogonskoga sklopa, upravljačkih površina, podvozja te različitih funkcijskih sustava. Osnovna konstrukcija zrakoplova (trup, krila i rep), bez motora te unutarnje opreme, cjevovoda i sl., naziva se zmajem. Današnji su zrakoplovi građeni kao ljuskaste konstrukcije ojačane poprječnim elementima (rebra, prstenovi, okviri, pregrade) i uzdužnim elementima (uzdužnice ili ojačani uzdužni nosači). Ljusku čini oplata (tanki lim) ili pokrov znatno veće debljine, često izveden integralno zajedno s uzdužnicama (kada je konstrukcija znatnije opterećena).

Trup

Trup zrakoplova konstruktivni je element koji povezuje sve ostale gl. elemente zrakoplova; u njem se nalaze prostori za smještaj putnika i tereta, kadšto i motora (u prednjem ili stražnjem dijelu trupa). U trupu je često smješteno i gorivo. Trup je ljuskasta konstrukcija kojoj su poprječni elementi (prstenovi, okviri i pregrade) povezani uzdužnim elementima (uzdužnice ili ojačani uzdužni nosači) te prekriveni oplatom. U trupu se nalaze i različiti otvori za prozore i vrata (kod putničkih zrakoplova) ili otvor za smještaj pilotske kabine.

Krila

Krila zrakoplova element su koji stvara najviše uzgona i o kojem najviše ovise letna svojstva. Zbog toga je osim njihova profila bitan i njihov tlocrtni oblik, koji može biti vrlo različit, od pravokutnoga, trapeznoga, strjelastoga do trokutastoga (tzv. delta-krila), a postoje i zrakoplovi kojima se geometrija krila može mijenjati, čak i tijekom leta. U konstrukcijskom smislu, krila se najčešće sastoje od jedne ili više ramenjača (nosivih elemenata koji se pružaju cijelim rasponom krila) usporedno s kojima se nalaze i uzdužnice (gredni nosači znatno manjega poprječnoga presjeka od ramenjača). Poprječno na ramenjaču smještena su rebra, koja se najčešće pružaju u smjeru uzdužne osi zrakoplova, a konstrukciju prekriva oplata ili pokrov, koji krilu daje i konačan aerodinamički oblik. Na napadnom (prednjem) rubu krila mogu biti smještena pretkrilca, a na izlaznom zakrilca, koja služe za povećanje uzgona krila kada je brzina zrakoplova mala, npr. u polijetanju i slijetanju. Na izlaznom se rubu nalaze i krilca (→ aileron), kojima se zrakoplov zakreće oko uzdužne osi. Često su ispod krila smješteni motori te nosači različitoga tereta (npr. kod vojnih borbenih zrakoplova).

Repne površine

Repne površine nalaze se na stražnjem dijelu trupa, a sastoje se uglavnom od vertikalnih i horizontalnih površina, premda u današnjim konstrukcijama postoje i znatna odstupanja od te klasične koncepcije. Na vertikalnim površinama (vertikalni stabilizatori), koje daju potrebnu uzdužnu stabilnost zrakoplova, nalaze se kormila smjera, dok se na horizontalnim površinama nalaze kormila dubine. Danas nije neobično da zrakoplovi, osobito borbeni, imaju dva vertikalna stabilizatora, te da su horizontalne površine u cijelosti zakretne, bez klasičnih kormila dubine.

Podvozje (stajni trap)

Podvozje (stajni trap) onaj je dio zrakoplova koji je izravno u dodiru s podlogom kada je zrakoplov na zemlji, te mu omogućuje da se po njoj kreće. Najčešće se sastoji od više uvlačivih nogu s različitim brojem kotača i prigušnim elementima, iako postoje i znatno drukčije konstrukcije (npr. skije ili plovci kod hidroplana). Danas je pretežita konfiguracija podvozja tzv. tricikl, s prednjom (nosnom) nogom te glavnim podvozjem, koje je pomaknuto prema nazad.

Pogonski sklop (pogon)

Pogonski sklop (pogon) pokreće zrakoplov i osigurava mu dovoljnu brzinu za ostvarivanje uzgona (→ propulzija, zrakoplovna). Danas su u uporabi tri vrste pogona, i to pogon klipnim motorom s propelerom, mlazni pogon i raketni pogon, a među njima su najčešći pogoni s klipnim i mlaznim motorima; klipni se motori rabe za razmjerno manje zahtjevne zrakoplove, dok se mlazni motori primjenjuju za zrakoplove predviđene za veće brzine i visine leta. Pri pogonu klipnim motorima (→ motor s unutarnjim izgaranjem), snaga se s motora prenosi na propeler, koji ostvaruje potrebnu vučnu ili potisnu silu. Kod mlaznih motora pogon se ostvaruje potiskom koji nastaje izgaranjem goriva i istjecanjem tako nastaloga mlaza velikom brzinom kroz posebno oblikovane mlaznice. U nekim se konstrukcijama mlaznih motora dio snage prenosi i na propeler, koji ostvaruje vučnu silu (turbopropelerski ili turboprop motori). Takav tip pogona omogućuje izvrsnu iskoristivost, a time i veliku autonomiju leta. Kod raketnih motora ne koristi se zrak iz okoline kao izvor kisika nužnoga za izgaranje, nego se gorivo i oksidans nalaze u spremnicima letjelice. Takav se tip pogona koristi za zrakoplove koji postižu vrlo velike visine i brzine leta (npr. američki eksperimentalni zrakoplov X-15), gdje zbog razrijeđenoga zraka nije moguće koristiti atmosferske motore. U današnje se doba razmišlja i o drugim tipovima pogona, npr. o pogonu vodikom, dok se sred. XX. st. razmišljalo i o korištenju nuklearnoga pogona. Radi postizanja što većih brzina leta, danas se intenzivno radi na razvoju nadzvučnih nabojno-mlaznih motora (scramjet) koji nemaju unutarnjih rotacijskih dijelova (lopatica ventilatora, kompresora ili turbine), već se zrak dovodi do komora izgaranja posebno oblikovanim kanalima, čime se ostvaruje tlak zraka potreban za postizanje iznimno velikih brzina (10 maha).

Funkcijski sustavi

Funkcijski sustavi zrakoplova važan su dio, a obuhvaćaju hidraulički, električni i pneumatski sustav, sustav pomoćnih izvora energije, upravljanja gorivom i dr. Hidraulički sustav sastoji se od cjevovoda, spremnika hidrauličkoga fluida, pumpi i dr. koji imaju ulogu dovođenja hidrauličkoga fluida do izvršnih članova što pokreću upravljačke površine na krilima, podvozje, zračne kočnice i dr. Danas se razvijaju sustavi kod kojih svaki od pokretača ima vlastiti zatvoreni hidraulički sustav, čime zrakoplov postaje manje osjetljiv na kvarove i lakše je njegovo održavanje, no uz nešto povećanu masu. Sustav upravljanja gorivom ima osnovnu funkciju neprekinutoga napajanja motora te održavanja položaja težišta zrakoplova unutar određenih granica prelijevanjem goriva između pojedinih spremnika. Kod najsuvremenijih lovačkih zrakoplova taj sustav ima i funkciju hlađenja konstrukcije te time smanjivanja toplinskog odraza zrakoplova. Električni sustav osigurava električnu energiju potrebnu za sve električne i elektroničke uređaje te rad hidraulike, sustava ventilacije, nadtlaka kabine i dr. Sastoji se od baterija, generatora, transformatora, vodiča, osigurača i dr. Generatori, pogonjeni motorom zrakoplova, proizvode izmjeničnu struju koja se transformatorima i ispravljačima zatim prevodi u istosmjernu određenoga napona. Baterije služe kao izvor istosmjerne struje za pokretanje pomoćnog izvora energije kojim se upuštaju u rad motori zrakoplova. Tipični lovački zrakoplovi imaju generatore ukupne snage nekoliko desetaka kVA (npr. Eurofighter ima 60 kVA), a kod velikih putničkih zrakoplova snaga generatora mjeri se u stotinama kVA (Boeing 787 ima 4 ∙ 250 kVA). Danas se razmatra korištenje i električnih kočnica na podvozju, kao i sustava kod kojih bi se upravljačke površine izravno pokretale električnim motorima mjesto klasičnim hidrauličkim pokretačima. Pneumatski sustav osigurava zrak pod tlakom za putnički prostor, klimatizaciju, sustav protiv zaleđivanja, pokretanje motora i dr. Zrak se dobiva odvođenjem dijela protoka iz kompresora mlaznoga motora, te se prije korištenja hladi u izmjenjivačima topline. Kako su današnji zrakoplovi u potpunosti ovisni o sustavu hidraulike, nužan je pričuvni sustav u slučaju otkaza hidraulike te za pričuvno snabdijevanje električnom energijom. Tipičan je takav uređaj pomoćna zračna turbina, koja se u slučaju potrebe izvlači u struju zraka. Kao izvor pomoćne hidraulike i električne energije koristi se i pomoćni izvor energije u obliku dodatnoga mlaznoga motora, koji je sastavni dio gotovo svakoga složenijeg zrakoplova. Tu je i niz pomoćnih uređaja koji služe za odvođenje dijela snage motora za pokretanje navedenih sustava. Ti su uređaji najčešće sastavni dio pogonskih mlaznih motora, no smješteni su u izdvojenom kućištu.

Zrakoplovna elektronika

Zrakoplovna elektronika (avionika ili zrakoplovika) obuhvaća iznimno velik broj različitih elektroničk uređaja, koji uključuju radio, letačke instrumente, računala za upravljanje letom, radar, infracrvene senzore itd. Dijeli se na komunikacijsko-navigacijsku, namjensku (ovisna o namjeni zrakoplova) i upravljačku elektroniku. Komunikacijsko-navigacijska elektronika danas omogućuje sve oblike elektroničke komunikacije i navigacije. Namjenska elektronika može uključivati autopilota za praćenje terena ili u vojnoj primjeni radar za praćenje ciljeva u zraku ili na zemlji, elektroničke protumjere, infracrvene pasivne i aktivne senzore, sustav upravljanja naoružanjem i dr. U upravljačkoj elektronici danas je najvažniji sustav upravljanja »preko žice« (engl. fly-by-wire). Tim se sustavom, napose kod aerodinamički nestabilnoga zrakoplova, sve upravljačke naredbe snažnim računalima pretvaraju u električne signale, koji se prenose do brzih hidrauličkih pokretača. Time se osiguravaju iznimna pokretljivost i upravljivost, osobito značajne kod lovačkih zrakoplova vrhunskih letnih mogućnosti. Kod velikih putničkih zrakoplova korištenje toga sustava pridonosi znatno većoj sigurnosti letenja, a mogućnost pilotske grješke svedena je na najmanju moguću mjeru, jer računalo ne dopušta ulazak u neupravljivo letno stanje bez obzira na pilotove naredbe. Među elektron. sustave vojnih zrakoplova izravno vezane uz pilota ubrajaju se ciljnički sustavi spregnuti s kacigom pilota (engl. helmet mounted sight) i sustav izbacivoga sjedišta. Potonje je složen uređaj kojim se s pomoću raketnoga motora osigurava sigurno napuštanje oštećenog ili neupravljivoga zrakoplova. U nekim konstrukcijama spašavanje pilota provodi se s pomoću posebno konstruiranih izbacivih kapsula, gdje sjedište i dio pilotske kabine čine jednu cjelinu. Kod najnovije generacije lovačkih zrakoplova svi sustavi zrakoplova integrirani su u jednu cjelinu upravljanu s pomoću nekoliko snažnih računala te složenom programskom podrškom.

Današnji su zrakoplovi mehanički i toplinski iznimno opterećene konstrukcije zbog velikih brzina te velike mase tereta koji nose; poseban je problem i umor materijala zbog sila koje se pojavljuju periodično, što s vremenom znatno smanjuje čvrstoću materijala. Suvremeni se zrakoplovi stoga izrađuju od vrlo kvalitetnih materijala, svojstva kojih se strogo kontroliraju. Najčešće se upotrebljavaju slitine aluminija s cinkom, bakrom, magnezijem, a u novije doba i litijem. Za vrlo opterećene elemente rabe se različite vrste čelika i titanijeve slitine. Ako je nužna velika temperaturna otpornost, rabe se nehrđajući čelici ili niklove slitine. Vrlo je zastupljena i uporaba uslojenih (tzv. sendvič) konstrukcija zbog njihove male mase i velike čvrstoće. Danas se zmaj zrakoplova vrlo često izvodi iz kompozitnih materijala. Najčešće su to kombinacije ugljičnih, staklenih ili borovih vlakana s polimernim, ugljičnim ili keramičkim matricama. U nekim se konstrukcijama cijelo krilo izvodi tako da se unutarnji elementi zajedno s donjom oplatom izvode kao jedna potkonstrukcija, koja se zatim spojnim elementima (npr. vijcima ili zakovicama) spaja s prethodno izrađenom gornjom oplatom. Tom se tehnologijom znatno smanjuje masa konstrukcije, kako zbog uporabe lakših kompozita u odnosu na metale, tako i zbog manjega broja spojnih elemenata. Vrlo je sličan pristup izradbi trupa velikih putničkih zrakoplova od segmenata koji se međusobno spajaju.

Vrste zrakoplova

Prema uporabi, zrakoplovi mogu biti civilni i vojni. Civilni zrakoplovi dijele se najčešće na komercijalne i zrakoplove općega zrakoplovstva. Komercijalni zrakoplovi rabe se za prijevoz putnika i tereta u tvrtkama registriranima za zračni prijevoz. To su zrakoplovi s 2 do 4 motora, a mogu nositi i više od 500 putnika (npr. Airbus A380, Boeing 747) na udaljenost i do 14 500 km, putnom (krstarećom) brzinom do 900 km/h na visinama i do 13 000 m. Najteži među njima (A380) ima poletnu masu od 560 t. Osnovna je odlika putničkih zrakoplova grijana i klimatizirana putnička kabina pod tlakom, koja pruža udobnost putnicima čak i na dužim letovima, dok teretni zrakoplovi imaju teretni prostor prilagođen utovaru i prijevozu različitih vrsta tereta. Zrakoplovi općega (maloga) zrakoplovstva obuhvaćaju sve one zrakoplove koji nisu ni komercijalni ni vojni. Time su obuhvaćena vrlo raznolika konstrukcijska rješenja – od jednomotornih zrakoplova s klipnim motorom za jednoga do dva putnika pa do višemotornih poslovnih mlažnjaka koji u luksuzno uređenim kabinama prevoze i do 15 putnika. Poseban su dio te skupine športski i ultralaki zrakoplovi, zrakoplovi u samogradnji i dr.

Vojni zrakoplovi

Vojni zrakoplovi dijele se na lovačke, jurišne, bombarderske, transportne te zrakoplove za specijalne namjene. Oni su tehnički najsavršenija skupina zrakoplova, njihov je razvoj najbrži, ali i najizazovniji, a ističu se iznimno visokom cijenom. Lovački zrakoplovi naoružani su velikim brojem raketa zrak-zrak i topovima, te im je zadatak da uz pomoć snažnoga radara i ostaloga sustava naoružanja uništavaju ciljeve u zraku (najčešće bombardere ili druge lovačke zrakoplove). Odlikuju se vrhunskim manevarskim sposobnostima, velikom visinom leta (do 20 km) i velikom brzinom penjanja te doletom. Najčešće su jednomotorni ili dvomotorni, najveće poletne mase veće od 34 t i brzine veće od 2,5 maha, iako kod većine današnjih lovaca brzina ne prelazi tu vrijednost. Posebnu vrstu među njima čine presretači, koji ciljeve u zraku napadaju s vrlo velike udaljenosti (više od 150 km) bez potrebe za vizualnim identificiranjem ciljeva zahvaljujući radaru velikoga dosega. Današnji lovački zrakoplovi (tzv. peta generacija) moraju u sebi uključivati i elemente prikrivenosti (engl. stealth). To obuhvaća niz mjera kojima se smanjuje mogućnost otkrivanja zrakoplova nekom od elektromagnetskih, akustičnih, optičkih ili tzv. infracrvenih metoda, što je nužnost s obzirom na sve savršenije sustave protuzračne obrane. Primjeri su takvih zrakoplova amer. lovac-bombarder F-117, lovac F-22 te bombarder B-2. Te mjere uključuju primjenu naprednih metoda konstruiranja (npr. korištenje malih površina, engl. facets, radi raspršivanja energije radarskoga snopa, ili vrlo precizno matematički definirano oblikovanje vanjskoga oblika), izbjegavanje pravih kutova u definiranju oblika, korištenje posebnih materijala i zaštitnih premaza, različite mjere elektronske zaštite, smanjenje toplinskog odraza odvođenjem topline u unutrašnjost konstrukcije itd. Osnovni je nedostatak takvih letjelica njihova visoka cijena, složeno održavanje te upitnost njihovih funkcija u uvjetima sve bržega razvoja protuzrakoplovnih sustava.

Jurišni zrakoplovi

Jurišni zrakoplovi namijenjeni su napadu na ciljeve na zemlji s malih visina kao zračna podrška kopnenim snagama. Mogu biti naoružani konvencionalnim i taktičkim nuklearnim bombama i raketama. Imaju znatno manju brzinu, ali veću nosivost od lovačkih zrakoplova. Kako se danas lovački zrakoplovi opremaju oružjem i uređajima i za napad na ciljeve na zemlji, pa postaju višenamjenski zrakoplovi, jurišni zrakoplovi kao posebna skupina polako nestaju. Bombarderski zrakoplovi (bombarderi) imaju zadaću napada na strateške ciljeve – velike neprijateljske formacije ili vojne ciljeve u naseljenim sredinama – bombama i raketama (krstarećim raketama ili drugim preciznim raketama vođenima laserski ili s pomoću GPS-a). To su veliki zrakoplovi, velike nosivosti borbenoga tereta (i do 40 t), koji mogu preletjeti velike udaljenosti (više od 15 000 km). Ovisno o načinu i koncepciji uporabe mogu biti podzvučni (američki B-2) ili nadzvučni (američki B-1B, ruski Tu-160). Opremljeni su različitim elektroničkim sustavima koji im povećavaju mogućnost održavanja funkcija i protiv naprednih protuzračnih obrana. Transportni zrakoplovi prevoze teret na velike udaljenosti, a opremljeni su posebnim rampama za brzi ukrcaj i iskrcaj tereta. Obično su tako koncipirani da mogu prevoziti i najteže pojedinačne terete (npr. tenkove i raketne sustave), a modularni princip teretnoga prostora omogućuje prijevoz velikoga broja potpuno opremljenih vojnika. Ti su zrakoplovi nezamjenjivi i u humanitarnim akcijama, kada na mjesta velikih prirodnih katastrofa dopremaju opremu i ljudstvo.

Zrakoplovi za posebne namjene

Zrakoplovi za posebne namjene obuhvaćaju više vrsta zrakoplova. Izviđački zrakoplovi opremljeni su kamerama ili opremom za snimanje elektroničkih karakteristika protivničkih radara i drugih sustava. Ovisno o namjeni brzina im može biti i veća od 3 maha. Zračni tankeri u letu opskrbljuju gorivom druge zrakoplove, najčešće lovce i bombardere, kako bi im se produljio dolet. Složenim i preciznim manevrom zrakoplov koji prima gorivo priključuje se na poseban uređaj što ga tanker vuče za sobom, te u kratkom vremenu napuni svoje spremnike. Zrakoplovi za rano otkrivanje ciljeva i kontrolu zračnoga prostora nose u posebno oblikovanim kućištima radarske antene te s velike visine mogu pratiti velik broj ciljeva u zraku, navoditi vlastite zrakoplove i ometati protivničke sustave. Time se povećava domet radara i omogućuje korištenje ondje gdje nisu dostupni zemaljski radari. Dobiveni se signali obrađuju u zrakoplovu i prosljeđuju vlastitim zračnim snagama ili centrima zapovijedanja. Među zrakoplove za posebne namjene ubrajaju se i zrakoplovi za spašavanje, protupodmornički zrakoplovi, zrakoplovi za gašenje požara itd.

Najveći zrakoplov izmjerama i masom danas je ukrajinski An-225 duljine 84 m i poletne mase veće od 600 t, pogonjen sa šest mlaznih motora. Najbrži putnički zrakoplovi bili su britansko-francuski Concorde te ruski Tu-144 s brzinom od 2 maha, od kojih ni jedan više ne leti. Glavni su proizvođači civilnih zrakoplova tvrtke Boeing (SAD), Airbus (Europa), Iljušin (Rusija), Embraer (Brazil), Bombardier (Kanada); poslovne i male zrakoplove proizvode Cesna, Piper i Gulfstream (SAD), Suhoj (Rusija), a vojne zrakoplove Boeing, Lockheed-Martin i Northrop-Grumman (SAD), British Aerospace (Velika Britanija), Dassault (Francuska), EADS (Europa), SAAB (Švedska), Suhoj, MiG i Tupoljev (Rusija).

zrakoplov. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 13.12.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=67455>.