Lentokone
Lentokone on ilmassa liikkuva, ilmaa raskaampi kiinteäsiipinen ilma-alus. Lentokone pysyy ilmassa sen kantopintojen, kuten siipien aiheuttaman nostovoiman ansiosta, mutta lentokoneet vaativat ilmassa pysyäkseen myös huomattavan kulkunopeuden, joka voidaan saavuttaa erilaisilla moottoriteknologioilla. Lentokoneet mahdollistavat lentoliikenteen, jota käytetään pääasiassa henkilöliikenteeseen, mutta myös rahdin kuljettamiseen.
Sodankäynti on kehittänyt lentokoneita huomattavasti, koska lentokoneiden ensimmäiset käyttökohteet olivat ensimmäisessä maailmansodassa ja edelleen toisessa maailmansodassa ja näiden sotien välillä käytettiin vielä ilmalaivoja. Lentokoneiden käyttö henkilö- ja tavaraliikenteessä alkoi vasta toisen maailmansodan aikana ja sen suosio kasvoi vasta rauhan aikana toisen maailmansodan jälkeen. Lentokone mullisti yhteiskuntaa, koska se lyhensi matka-aikoja huomattavasti. Lentokoneet olivat huomattavasti nopeampia kuin ilmalaivat ja valtamerilaivat, joilta merien ylittäminen kesti useita vuorokausia. Nykyään kuitenkin suurnopeusjunilla matka-ajat ovat lyhyempiä kuin lentokoneilla melko lyhyillä matkoilla.
Lentokone voi olla moottoroitu tai moottoroimaton (purjelentokone tai lihasvoimalla kulkeva). Moottoroidut lentokoneet voidaan jakaa potkuri- ja suihkukoneisiin. Lentonopeusalueen mukaan voidaan lentokoneet jakaa ali-, trans-, yli- ja hypersoonisiin koneisiin. Valmistus ja viranomaishyväksyntä jakaa koneet tyyppihyväksyttyihin ja tyyppihyväksymättömiin (koe- ja harrasteluokka, experimental). Lentokone voi olla siviilikone tai sotilaskone. Koneiden jako käytön – siviililentoliikenne, sotilasilmailu, kokeellinen lentäminen, harrastusilmailu – mukaan jakaa lentokoneet kategorisesti, tosin entisiä sotilaskoneita on harrastuskäytössä, matkustajakoneiden erikoisversioita käytetään esimerkiksi painottomuuslennoilla kokeellisessa lentämisessä jne.
Lentokoneet voidaan jaotella
Tämä jako on aina ollut epämääräinen, koska lukuisia lentokoneita ja -tyyppejä on käytetty sekä siviilirooleissa että sotilaallisissa rooleissa.
Käyttötarkoituksen mukaan voidaan lentokoneet jaotella ainakin seuraaviin luokkiin
Runkoon kuuluu eturunko, johon kuuluu ohjaamo, ja usein lisäksi matkustamo tai rahtitila sekä perärunko. Eturunkoon voi kuulua esimerkiksi sää- tai maalinetsintätutka radiotaajuuksia läpäisevän kuomun eli radomin suojaamana. Ohjaamo voi kokonaan puuttua miehittämättömistä lentokoneista (UAV), joita 1990-luvulle asti kutsuttiin (tiedustelu)lennokeiksi (ts. ne ovat lentokoneen määritelmän ulkopuolella), jos ne ovat pieniä, tai maalikoneiksi ("drone"), jos ne ovat pääasiassa ohjusten jne. maaleiksi rakennettuja ilma-aluksia. Nykyisistä UAV-koneista osa ei enää täytä lennokin määritelmää vaan ovat pikemmin lentokoneita. Suomen ilmailusäädökset määrittelevät miehittämättömäksi lentokoneeksi sellaisen lennokin, jonka siipien kärkiväli ylittää 4 metriä.
Matkustajakoneissa ja rahtikoneissa matkustamo on merkittävin osa runkoa. Matkustajakoneet on jaettu rungon leveyden suhteen kapearunkoisiin (istumapaikkoja 1–2 + 2–3 per rivi) ja laajarunkokoneisiin (matkustamossa kaksi käytävää ja rivillä istuu jopa 10 ihmistä). Kuljetettava hyötykuorma eli lasti voi olla rahtia tai aseita, esimerkiksi pommeja tai ohjuksia. Nyttemmin useimmat pommikoneet eivät kuljeta pommeja sisäisissä pommikuiluissa – tosin suurimmat niistä – B-1, B-2, B-52, Tu-22 – kuljettavat asekuorman sisällään.
Lentokoneesta on toisen maailmansodan jälkeen tullut yhä enemmän sähkötekniikkaa, elektroniikkaa ja ohjelmistoja sisältävä laite – nämä on pääosin sijoitettu runkoon. Runko näkyvänä elementtinä puuttuu vain lentävä siipi -tyyppisistä lentokoneista, jotka ovat verraten harvinaisia (esimerkiksi Northrop XB-35). Lentävä siipi -konfiguraatiossa koko lentokone on siipeä eikä runkoa ole.
Lentokoneen siipi voi olla muodoltaan suora, trapetsinen, elliptinen tai kolmiomainen eli deltasiipi. Sen etureuna voi olla suora tai taaksepäin tai, harvemmin, eteenpäin viistetty, jollainen on yleensä potkuri tai potkuriturbiinikoneissa. Aikoinaan koneet olivat yleensä kaksitasoisia, jolloin siiven kuormitus pieneni ja kevyen ja kestävän siiven suunnittelu helpottui. Siiven poikkileikkauksen muoto, siipiprofiili, on hyvin tärkeä siiven nostovoimaan ja vastukseen vaikuttava tekijä.
Nostovoimaa lisäävät laitteet (laipat, solakot jne.), laskutelineet ja muut järjestelmät ja laitteet ovat merkittävä osa lentokoneesta. Siipeen liittyy laipat, lentojarrut, siivekkeet ja etureunalaipat. Siivekkeillä säädellään koneen kallistusta pituusakselin suhteen. Muut mainitut ohjaimet liittyvät koneen nousuun ja laskuun ja silloin tarvittavaan lisänostovoimaan. Lentojarru hidastaa konetta joko laskussa tai laskun jälkeen. Sotilaskoneissa lentojarrulla voi olla käyttöä, esimerkiksi syöksypommittajan nopeuden rajoittaminen. Siiven kärkeen voidaan asentaa winglet parantamaan nostovoimaa ja alentamaan polttoaineenkulutusta.
Deltasiipisessä lentokoneessa korkeusvakain puuttuu tai on toisinaan koneen eturungossa nk. canardina. Sivuvakain voi toisinaan yhdistyä V-kulmassa olevaan korkeusvakaimeen, kuten on esimerkiksi Fouga Magister -koneessa. Korkeusvakain ja -peräsin tasapainottavat siiven tuottaman nostovoiman ja koneen painopisteen keskinäisen aseman aiheuttaman koneen nokkaa alaspäin kääntävän momentin ja aikaansaavat voimat, joilla koneen asentoa poikittaisakselin suhteen muutetaan. Korkeusvakain ja korkeusperäsin integroidaan nykyisin sotilaskoneissa yhdeksi liikkuvaksi elementiksi, esimerkiksi F-16-hävittäjässä on näin.
Lentokoneen voimalaite on useimmiten mäntä-, potkuriturbiini-, suihkuturbiini- tai suihkumoottori tai rakettimoottori, ja nykyään kehitteillä on myös sähkömoottorilla toimivia lentokoneita. Koneen voimalaitteen ollessa suunnattava, kone voi nousta ilmaan pelkän moottorin työntövoiman avulla, tällöin kyseessä on VTOL-lentokone. Useimmissa purjelentokoneissa ei ole voimalaitetta, vaan lentäjä hankkii ilmassa pysymiseen tarvittavan energian ilmakehän nousevista ilmavirtauksista.
Lihasvoimalla lentäviä koneita on rakennettu satojen vuosien ajan, mutta ensimmäiset todella lentävät valmistettiin vasta 1970-luvulla, jolloin muun muassa lennettiin ensimmäistä kertaa yli Englannin kanaalin poljettavalla ilma-aluksella. Toimiviksi osoittautuneissa ratkaisuissa käytetään polkupyörään verrattavaa poljinmekanismia.
Lentokone pysyy ilmassa aerodynamiikan lakien mukaisesti siipien nostovoiman avulla. Lentokoneen liikkuessa eteenpäin riittävällä nopeudella sen siivet kääntävät ilmavirtausta ja nostovoima syntyy Newtonin III lain mukaisesti vastakkaiseen suuntaan. Samalla siiven pinnalle aiheutuu paineenmuutoksia, ja nostovoima on laskettavissa yläpinnan ja alapinnan välisestä paine-erosta siiven vaikutusalueella.
Lentokoneen ohjauslaiteratkaisuja on kahta päätyyppiä: sauva ja ratti. Joitakin pienkoneita, käytännössä kaikkia hävittäjiä sekä useimpia Airbus-merkkisiä liikennekoneita ohjataan ohjaussauvalla, joka on sijoitettu joko ohjaajan jalkojen väliin, tai Airbusin ratkaisussa ohjaamon sivulle. Yleisemmin käytetty ratkaisu on rattimainen ohjauslaite, joka kääntymisen lisäksi liikkuu myös syvyyssuunnassa. Ohjauslaitteella liikutetaan ohjaussiivekkeitä (sauvan sivuttaisliike tai rattiohjaimen kääntöliike) ja korkeusperäsintä (työntö ja veto). Lisäksi polkimet liikuttavat sivuperäsintä (vasen poljin kääntää peräsintä sekä koneen keulaa vasemmalle, ja päin vastoin.).
Siivissä olevien liikkuvien tasojen eli ohjaussiivekkeiden avulla kone saadaan kallistumaan ja kaartamaan. Myös sivuperäsintä käytetään kaarrossa apuna estämään sivuluisua. Koneen pituuskallistusta muutetaan korkeusperäsimen avulla, millä käytännössä ohjataan konetta ylös ja alas.
Suurten koneiden siivissä voi olla myös niin sanotut spoilerit, jollaisia kutsuttiin aiemmin lentojarruiksi. Ne ovat siivestä ylös nousevia paneeleita, joita on yleensä 3–5 kpl/siipi. Lähimpänä runkoa olevat paneelit molemmissa siivissä ovat ns. maaspoilerit ja muut ovat lentospoilereita. Spoilerit auttavat kaarrossa siten, että ne tulevat ulos laskevasta siivestä sitä enemmän, mitä jyrkempi kaarto on. Spoilereita käytetään lentojarruina, ja silloin ne toimivat ohjaamon lentojarruvivusta symmetrisesti. Koneen laskeutuessa ja telineiden osuessa maahan tulevat spoilerit (nyt myös maaspoilerit) ulos siivestä tuhoten siiven nostovoiman.
Siivissä olevien laskusiivekkeiden eli laippojen avulla kone voi hidastaa vauhtiaan laskeutumista varten kohtauskulman muuttumatta liian suureksi. Eräissä lentokoneissa on siipien etureunassa solakot, joiden avulla siiven nostovoimaa voidaan kasvattaa lentoonlähtöä ja laskua varten.
Vanhemmissa ja pienemmissä lentokoneissa käskyt ohjaimilta siirtyvät ohjainpinnoille vaijereiden ja vipujen välityksellä. Uudenaikaiset liikenne- ja sotilaslentokoneet on varustettu ns. fly-by-wire -järjestelmällä, jossa käskyt ohjainpinnoille välittyvät sähköisesti tietokoneen kautta ilman mekaanista yhteyttä ohjainten ja ohjainpintojen välillä. Tällaisissa lentokoneissa on yleensä monimutkainen kolmen ohjauskomentojärjestelmän yhdistelmä, joista ainakin kahden on toimittava samalla tavalla samanaikaisesti, muuten lennon vakavuus vaarantuu.
Ensimmäiset välineet, joilla ihminen on päässyt jonkinlaiseen lentoon tai liitoon, saattavat olla leijat ja liidokit. Muun muassa Kiinassa on jo varhain ollut isoja tiedusteluleijoja, joihin kiinnitetty lapsi tai poikkeuksellisen pienikokoinen ihminen on tarkkaillut korkealta maastoa. Ensimmäiset itseään liikuttavat ilma-alukset ovat olleet eurooppalaisia ilmalaivoja.
Ilmaa raskaampaa alusta on ennen niiden valtakauden alkua pohtinut muun muassa kirjailija Jules Verne. Hän oletti, että tulevaisuus on ilmaa raskaampien lentolaitteiden ilmaa kevyempien ilmalaivojen ja ilmapallojen sijaan. Hänen ilma-aluksensa muistutti kovasti laivaa. Sen kannella oli paljon isoja potkureita, ikään kuin purjeita mastoissa. Tällaisia lentäviä laivoja, ”lentolaivoja”, on ollut muissakin kuvitelmissa, mutta niitä ei ole koskaan toteutettu.
Vuosina 1799–1853 brittiläinen Sir George Cayley suunnitteli ja rakennutti liitimiä, joilla tehtiin koelentokin. Cayley oli lentämisen uranuurtaja, joka toi monta lentämisen peruskäsitettä esille. 1800-luvun loppua kohti tehtiin tihenevissä määrin kokeita erilaisilla ilmaa raskaammilla lentolaitteilla. Yleensä ne olivat liitimiä. Höyrykäyttöisiä lentolaitteita koetettiin saada nousemaan tuloksetta ilmaan. Onnistuttiin lennättämään hyvin tuloksin kumimoottorilla ja myös paineilmalla toimivia pieniä lennokkeja.
Vuonna 1890 ranskalainen insinööri Clément Ader lensi rakentamallaan höyrykonekäyttöisellä laitteellaan Pariisin lähistöllä noin 54 m:n matkan lentokorkeuden ollessa noin 20 cm, kone ei kuitenkaan ollut mitenkään ohjattavissa sivusuunnassa tai muutenkaan ja se ei osoittautunut kehityskelpoiseksi. 1891–1896 saksalainen Otto Lilienthal teki muutama tuhat lentoa itse rakentamallaan liitimellä, mutta lopulta syöksyi eräällä lennollaan ohjausvirheen takia torille, vammautui vakavasti, ja kuoli seuraavana päivänä.
Moottorilennon historian katsotaan yleensä alkaneen 17. joulukuuta 1903, jolloin Wilbur ja Orville Wrightin rakentama kaksitasoinen, puusta ja kankaasta rakennettu, polttomoottorilla varustettu ”Flyer”-niminen lentokone lensi ensilentonsa Kill Devil Hillsissä Pohjois-Carolinassa Yhdysvalloissa. Ohjaajana toimi Orville Wright ja tuo ensilento kesti 12 sekuntia. Lennetty matka oli 37 metriä. Ensilennon jälkeen lentojen pituus ja lentoaika kasvoivat nopeasti. Wrightin veljesten kone poikkesi muista saman aikakauden lentolaitteissa erityisesti siinä, että se oli täysin ohjattavissa lennon aikana ja veljekset pystyivät säilyttämään koneen hallinnan noususta hallittuun laskuun.
Wrightien johtoasema lentokoneen kehityksessä säilyi jonnekin vuosille 1908–1909. Sen jälkeen kehityksen painopiste siirtyi Ranskaan. Ensimmäinen maailmansota ajoi potkurikäyttöisten lentokoneiden kehitystä kovasti eteenpäin, ja toi mukaan metallirunkoisen yksitason.
Uusia lentämisen pioneereja ilmestyi taas 1970-luvulla. Lihasvoimakoneella lennettiin ennaltamäärätty 8-muotoinen mailin rata vuonna 1977, koneen nimi oli ”Gossamer Condor”. Vuonna 1979 saman tekijän (Paul McCready) ”Gossamer Albatross” oli ensimmäinen lihasvoimakone joka ylitti Englannin kanaalin.