Первые проекты полетов на искусственных крыльях
Неудачные попытки планирующих полетов и мнение, что парящая птица удерживается в воздухе благодаря небольшим и очень быстрым взмахам крыльев, заставили многих изобретателей обращаться к проектам летательных аппаратов с машущими крыльями.Известно предание о британском короле Бладуде, изготовившим крылья, действующие при помощи маховых движений. Его полет с дворцовой башни закончился трагически.
Крепость Тауэра
Знаменитый английский философ и естествоиспытатель францисканский монах Роджер Бекон размышлял о создании воздушной повозки в своем труде " О тайных вещах в природе и искусстве" (опубликован в 1542 г.): " Можно построить машины, сидя в которых, человек, вращая приспособления, приводящие в движение искусственные крылья, заставлял бы ударять их по воздуху, подобно птичьим".
Леонардо да Винчи. Рисунки крыла.
Реконструкция орнитоптера Леонардо да Винчи.
Гениальный Леонардо да Винчи был захвачен той же идеей. Он даже придумал специальный термин для летательных приспособлений такого типа - орнитоптеры.
Ученый детально разработал несколько типов орнитоптеров:
- аппарат с "лежащим" положением пилота (1485-1487 гг.)
- с вертикальным положением летчика (1495-1497 гг.)
- орнитоптер - лодку (около 1487 г.).
Леонардо принадлежит несколько замечательных конструктивных идей в области авиации:
- создание фюзеляжа в форме лодки
- использование поворотного хвостового оперения, напоминающего современный руль высоты
- изобретение убирающегося в полете шасси. Великий итальянец видимо опасался, что мускульной силы человека может не хватить, и поэтому изобрел орнитоптер, в качестве источника, энергии которого выступал туго натянутый лук.
"Кодекс о полете птиц", Эскиз крыла. Леонардо да Винчи.
В более поздних записках ученого можно встретить усовершенстванную конструкцию орнитоптера с крыльями, приводимыми в действие с помощью не только рук, но и ног. Для старта была придумана специальная катапульта, подбрасывающая аппарат в воздух.
Леонардо да Винчи долгое время изучал механизм полета птиц и пришел к выводу, что основная тяга создается кольцевыми частями крыла, и это в большей степени соответствовало истине. Эти наблюдения утвердили итальянца в мысли, что не человек должен крыльями отталкивать воздух, а ветер ударять в крылья и нести их по воздуху.
Флоренция и окрестности. Вид с птичьего полета.
В наши дни конструирование орнитоптеров стало экзотическим хобби.
В результате появился проект аппарата с крыльями ограниченной подвижности, предназначенными для балансирования в воздухе. Испытывать его собирался сам Леонардо, прыгнув с вершины горы в окрестностях Флоренции. Таким образом, к концу жизни Леонардо да Винчи отказался от идеи орнитоптеров, приводимых в действие мускульной силой.
В XVII веке идея о несостоятельности таких аппаратов получила теоретическое обоснование. Ученые Д. Борелли и Р. Гук доказали, что весовые и энергетические характеристики птиц и людей различны, а, следовательно, полеты на летательных средствах с машущими крыльями обречены на неудачу. Постепенно число таких проектов уменьшается:
- в 1580-1679 гг. их было 14-ть
- в XVIII веке - лишь семь.
Безмоторные планеры
Рождение планеризма
Во второй половине XIX века наблюдения за полетом птиц привели к революционному открытию:
причиной парящего полета является вертикальное перемещение воздушных масс. Результатом стало возвращение к проектам создания летательных средств с неподвижными крыльями. Ранние планеры имели птицеобразную форму.
В 60-е годы XIXвека вблизи французского порта Брест было произведено испытание аппарата с фюзеляжем в виде лодки и крыльями как у альбатроса.
Брест-крупный город французской провинции Бретань.
Новый аппарат Ле Бри
Его изобретатель, капитан дальнего плавания Жан-Мари Ле Бри, установил планер на тележке, запряженной лошадьми. Когда повозка разгонялась, буксирный трос перерезался, и совершалось свободное парение.
Через десять лет француз представил новую усовершенствованную конструкцию длинной около 6 метров и с размахом крыльев 15 метров. Аппарат пролетел 30 метров и благополучно приземлился.
Отто Лилиенталь
Вклад Ле Бри в историю авиации значителен:
1) был открыт буксирный метод старта;
2) было доказано преимущество обтекаемого корпуса и удлиненных крыльев.
"Если вы хотите повидать двух сумасшедших, поезжайте в Лихтенфельд. Там кое-кому захотелось летать"- так скептически отзывалась в 1894 году пресса о братьях Лилиенталях. Между тем братья не обращали внимание на насмешки: старший из них, Отто, за свою жизнь изготовил 18 моделей монопланов и бипланов и совершил на них более 2-х тысяч полетов до 250-ти метров длиной.
Моноплан Лилиенталя
Еще одна конструкция Лилиенталя
Биплан Лилиенталя
К своим триумфам Отто Лилиенталь шел постепенно.
Он не стал бросаться с высоченного обрыва с первым сконструированным крылом, а терпеливо прыгал с небольшого помоста (h=5 м.) у себя в саду.
А к настоящим испытаниям приступил лишь через три года. Немецкий конструктор разработал новую методику полета:
при взлете он разбегался под уклон навстречу ветру, в воздухе опирался руками на крылья и управлял аппаратом с помощью ног, при посадке резко отклонял голову назад.
Лилиенталь внес и некоторые технические новации:
- крылья с вогнутостью, обращенной вниз;
- уменьшенный (до 6-7 м.) размах крыла;
- вертикальное и горизонтальное оперение, придающее крыльям устойчивость;
- усовершенствованный стабилизатор.
3 августа 1896 года при испытании своего нового биплана с управляемым рулем высоты Отто Лилиенталь разбился. Его последними словами поражают воображение: " Жертвы должны быть принесены".
Удачная конструкция Пильчера
Триплан Пильчера
Биплан Шанюта-Херринга
Одним из самых умелых последователей Лилиенталя был англичанин П. Пильчер. В отличие от своего предшественника он предпочитал буксирный метод старта.
Первые модели Пильчера "Бэт", "Битл", "Галл" нельзя назвать удачными, но упорный англичанин не отступал. Его лучшая конструкция "Хоук" преодолевала расстояние до 200 метров и отличалась относительной маневренностью.
Англичанин тоже "принес свою жертву": во время одного из испытаний дождь намочил обшивку крыльев "Хоука", и Пильчер погиб, упав с небольшой по нынешним меркам 10-тиметровой высоты. С гибелью Пильчера ушли в прошлое планеры с птицеобразными крыльями.
В 1896 году О.Шанют и А. Херринг (США) предложили конструкцию биплана с прямоугольными крыльями, которая отныне станет общепризнанной не только в планеризме, но и в самолетостроении.
Братья Райт
Следующий этап конструирования планеров связан с деятельностью американцев Орвила и Уилбура Райтов.В 1900 году из сосны и обивки они сделали биплан весом в 22 кг. И с размахом крыльев 5,2 метра. Начиная с 1900 года, братья сконструировали ряд бипланов, однако дальность их полета составляла не более 118 метров.
Планер братьев Райт
Прежде чем приступить к очередному проекту, американцы изучили всевозможные профили и формы крыла в аэродинамической трубе собственной конструкции.
В 1903 году они запатентовали свою систему управления планером, при которой совместно действовали перекашиваемое крыло и поворачивающийся вертикальный руль управления.
У. Райт на планере
Более тысячи полетов совершили братья на своем аппарате только за 1902 год. Самым лучшим оказался тот, когда биплан пролетел 190 метров и продержался в воздухе 22 секунды. В 1903 году и этот рекорд был побит.
Вклад американцев в историю планеростроения заключается в разработке схемы аэродинамического управления летательным аппаратом.
Мотопланеры
Рождение планеризма
Мотопланер О.Лилиенталя с углекислотным двигателем
Итак, в конце XIX века процесс освоения воздушного пространства выходит на качественно новый уровень: производятся десятки испытаний летательных аппаратов, причем многие из них оказываются удачными.
В 60-е годы XIXвека вблизи французского порта Брест было произведено испытание аппарата с фюзеляжем в виде лодки и крыльями как у альбатроса. В отличие от самолетов моторы на аппаратах этого типа выполняли вспомогательную роль.
Их задача сводилась к помощи при перелете с одного воздушного потока на другой. Как и обычные планеры, мотопланеры взлетали против ветра с возвышенности и постепенно планировали к земле. Пропеллера могло и не быть.
В конце XIX века все самые известные конструкторы пришли к идее моторизированных планеров. Правда, большинство таких проектов нельзя назвать успешными.
В 1893 году Отто Лилиенталь построил моноплан с одноцилиндровым углекислотным двигателем, подвешенным на грудь летчику. Мотор использовался лишь на время для создания импульса машущему крылу. Пропеллер не предусматривался.
Лондон. Букенгемский дворец.
Главная проблема, с которой столкнулся изобретатель - двигатель. Он был тяжел (20 кг.), имел мощность 2 л.с. и отличался ненадежностью. Впоследствии инженер П.Шауэр сконструировал для Лилиенталя новый углекислотный двигатель, имеющий два цилиндра. В 1896 году мотопланер помахал крыльями на земле, но так и не смог подняться в воздух. Более удачный проект моторизированного планера создал П.Пильчер (Англия).
Схема мотопланера Пильчера
Рисунок из патента на мотоплан Херринга и Шанюта
В его основу была положена модель "Хоук", к которой добавлялся бензиновый двигатель с толкающим воздушным винтом. Предполагалось, что после старта с холма, должен был включаться двигатель, который позволял бы аппарату некоторое время лететь горизонтально.
Заметим, что это уже близко к идее самолета. Пильчер мечтал установить двигатель на свой триплан. Но к концу лета 1899 года, когда мотор был готов, последовала трагическая смерть конструктора.
Одновременно с Пильчером опыты с мотором производили американцы Шанют и Херринг. Их мотопланер представлял собой триплан с крестообразным хвостовым оперением и парным шасси. Двигатель располагался под крылом и снабжался двумя винтами: толкающим и тянущим.
Вес аппарата вместе с двигателем составлял 40 кг. Разбег производился стандартно против ветра.
Управляться планер должен был путем изменения положения тела летчика, сидящего на подвесном сиденье. Этот планер пролетел лишь 22 метра. Неудача убедила Херринга в том, что нужен более мощный мотор. А это значило, что нужно увеличивать вес летательного аппарата и менять его систему управления. Американец зашел в тупик и приостановил свою конструкторскую деятельность.
Воздухоплавательная мода. XIX век
Таким образом, на рубеже XIX-XX веков планеристика оказалась в кризисе и перед конструкторами встала задача изобретения принципиально нового летательного средства. Выход из тупика был найден братьями Райт, открывшими аэродинамический способ управления. Но это будет уже другая страница истории покорения человеком воздушного пространства. И имя ее - самолетостроение.
Аэростаты. Часть I.