Борис РЯБУХИН
БИОГРАФИЯ САМОЛЕТА,
ИЛИ КАК ЛЕТАТЕЛЬНУЮ МАШИНУ СТАВИЛИ НА КРЫЛО
Современные летательные аппараты достигли высокой степени совершенства, далеко превзойдя давнюю мечту человека о полётах. Но путь в небо не был в буквальном и в переносном смысле безоблачным. Воздухоплавание начиналось отнюдь не только с побед.
Люди испокон веков летают во сне. Крылатые гении и библейские ангелы, огненные колесницы олимпийских богов Древнего Рима, миф о Дедале и Икаре, баллада о воздушном корабле и сказка о ковре-самолете… Всё это образы самой заветной сокровенной мечты человечества – обрести крылья и, подобно птицам, воспарить над землей, проложить дорогу в небо. Ею пронизаны дерзновенные попытки первых творцов и испытателей летательных устройств и аппаратов.
ИДЕЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
В XVII-XIX веках получила развитие гидродинамика – наука, которая помогла впоследствии объяснить многие явления, сопровождающие движение тел, в том числе и летательных аппаратов, в воздушной среде. Среди ее основоположников были И. Ньютон, Д. Бернулли, Б. Робинс, Ж.де Аламбер, Л. Эйлер, Ж.Л. Лагранж, Дж. Стокс, Г. Геймгольц, Г. Кирхгоф и другие крупные ученые тех времен в разных странах.
Развитие летательных аппаратов (ЛА), способных совершать полеты в атмосфере Земли, происходило по двум направлениям – создание аппаратов легче и тяжелее воздуха, составляющих основу воздухоплавания и авиации. Первые из них – воздухоплавательные ЛА – используют аэростатическую подъемную силу, механизм образования которой открыт Архимедом в III в. до н.э. В 1670 году был опубликован труд Ф. Лана, содержащий проект воздушного судна на аэростатическом принципе – с шарообразными емкостями, из которых откачан воздух (Италия). Однако прошло более 2 тысяч лет, прежде чем аэростатический принцип поддержания летательного аппарата в воздухе позволил человеку подняться ввысь.
21 ноября 1783 года состоялся, наконец, первый свободный полет людей (Ж.Ф. Пилатр де Розье и Ф. де Арланд) на воздушном шаре (тепловом аэростате), созданном братьями Ж. и Э. Монгольфье. 1 декабря того же года французский ученый Ж. Шарль разработал аэростат, наполненный более легким газом – водородом, и поднялся на нем в воздух вместе с механиком М. Робером. В дальнейшем свободные и привязанные аэростаты применялись как в научных, так и в военных целях, а управляемые аэростаты (дирижабли) использовались, кроме того, и для воздушных пассажирских перевозок. Так, 7 января 1785 года состоялся перелет французского механика Ж.П. Бланшара и американского ученого Дж. Джефриса на аэростате через пролив Ла-Манш. А в августе 1849 года австрийцы осуществили бомбардировку осажденной Венеции зажигательными бомбами с беспилотных аэростатов.
*
ВЕРСИЯ
Во Франции в конце XVIII века впервые сформированы две роты военных воздухоплавателей. Австрийцы под Франкенталем на Рейне пушками привели в негодность их аэростаты «L. Entreprenant». Более успешно рота приняла участие в сражении на Флерюсских высотах, где армия генерала Ж.Журдена нанесла поражение австрийским войскам. Дебют второй роты военных воздухоплавателей оказался неудачным. Под Франкфуртом австрийцы захватили ее в плен вместе с аэростатом «Геркулес». Генерал Бонапарт вызволил роту из плена и решил использовать ее в Египетской компании. Но Наполеона I разговорил капитан Кугель, выступив против создания военного воздухоплавания во Франции из-за его ненадежности. Наполеон расформировал Медонскую школу воздухоплавания и охладел к аэростатам. Однако, говорят, с сожалением вспомнил о них во время неудачи при Ватерлоо.
*
12 июля (30 июня) 1804 года состоялся первый в России полет на аэростате с научными целями академика Я.Д. Захарова с фламандским ученым и воздухоплавателем Э. Робертсоном. Первые воздушные научные путешествия были предприняты также во Франции Биотом и Гей-Люссаком, Барилем и Бикси, Сивелем и Кроче-Спинелли, а в Америке – Гумбольтом… 19 (7) октября1875 года в докладе на заседании физического общества при Петербургском университете Д.И. Менделеев выдвинул идею аэростата с герметичной гондолой для исследования высотных слоев атмосферы.
В октябре 1883 года осуществлен первый подъем братьев Тиссандье на дирижабле с электродвигателем мощностью 1,1 кВт. Потом полет на дирижаблях осуществили французы Ш. Ренар и А. Кребс. В 1900 году произведен успешный первый подъем дирижабля Ф. Цеппелина жесткой конструкции. А в 1901 году А. Сантос-Дюмон на своем дирижабле № 6 (с бензиновым двигателем) из воздухоплавательного парка аэроклуба Франции совершил полет по замкнутому маршруту, обогнув Эйфелеву башню.
Однако, более результативно развивалось второе направление, связанное с созданием аппаратов тяжелее воздуха, поскольку их летные характеристики и эксплуатационные качества неизмеримо расширяли возможности освоения воздушного пространства. Это направление основано на динамических способностях образования подъемной силы. В поисках наилучшего решения некоторые изобретатели ориентировались на подражание полету птиц – применение искусственных крыльев. ЛА такого принципа получили название орнитоптеров, или махолетов. Другие – ориентировались на использование вращающейся системы в виде воздушных винтов. Такие ЛА назывались геликоптерами, или вертолетами. Наиболее плодотворной оказалась идея «опереться» в воздухе на неподвижную несущую поверхность – крыло. Эти ЛА назвали планерами и аэропланами, или самолетами.
Над осуществлением идеи динамического полета работали многие ученые и изобретатели. Еще в 1475 году Леонардо да Винчи дал эскизы и описание летательных машин с мускульным приводом, одна из которых имела вращающиеся винтовые поверхности (геликоптер), другая – машущие крылья (орнитоптер) и парашют. А в 1754 году М.В. Ломоносов демонстрировал в Академии наук России «аэродинамическую машинку» – модель вертолета с пружинным приводом двух несущих винтов противоположного вращения. Через тридцать лет модель вертолета Б. Лонуа и Ж. Бьенвеню взлетела под купол зала Французской академии. Через 60 лет французский изобретатель У. Филипс провел испытание модели вертолета с реактивным винтом (четырехлопастный винт был укреплен на одной оси с сегнеровым колесом, приводимым во вращение водным паром). Эта модель явилась первым ЛА тяжелее воздуха с тепловым двигателем. В1808 году Яков Деген (Вена) поднялся в воздух на своем гибриде-орнитоптере с водородным баллоном. А в 1847 году Ван Гекк (Брюссель) продемонстрировал гибрид вертолета с аэростатом, уравновешивающим вес аппарата. В 1869 году А.Н. Лодыгин предложил российский проект электролета. В 1907 году во Франции вертолеты осваивали братья Л. и Ж. Бреге и П. Корню. Однако эра вертолетов наступит только 40 лет спустя.
ПЕРВЫЕ САМОЛЕТЫ С ПАРОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
В 40-е годы XIX века появляются первые проекты самолетов с паровым двигателем. В сентябре 1842 года У. Хенсон опубликовал проект самолета с паровым двигателем, на который он в 1843 году зарегистрировал патентную заявку. Постройка самолета была дорогостоящим предприятием. Хенсон безуспешно пытался организовать в Англии акционерное общество для создания спроектированного им самолета.
Долгое время изобретатели самолетов ограничивались чертежами и описанием своих идей или постройкой моделей. Пока не появился в истории авиации французский морской офицер Феликс дю Тампль. В 1857 году он получил патент на «аппарат для воздушной навигации» – моноплан с верхнерасположенным крылом обратной стреловидности, тянущим пропеллером, убираемыми в полете колесными шасси. Тампль проводил опыты с моделью, достигнув ее кратковременного отрыва от земли. До середины 1870-х годов в конструкцию были внесены изменения. Самолет Тампля содержал все основные элементы, однако он не обладал достаточной прочностью. В конструктивно-силовой схеме крыла не имелось ни нервюр, ни стрингеров. Ошибочно – управление с помощью поворота силовой установки. Однако, ряд конструктивных идей Тампля – применение алюминия, амортизаторы для посадки – являлись передовыми для своего времени и нашли воплощение в авиации много лет спустя. Заслуга Ф. дю Тампля прежде всего в том, что он первый от рассуждений о полете и опытов с моделями перешел к созданию настоящего самолета.
Несколько лет спустя нелегкий путь француза повторил российский ученый А.Ф. Можайский. Морской офицер Можайский считается подлинным пионером русского самолетостроения. Его самолет представлял собой расчалочный моноплан с тремя винтами – одним спереди и двумя по бокам– в вырезах крыла. В фюзеляже размещались две паровые машины мощностью 10 л.с. и 20 л. с., котел и баки с горючим, сиденья для людей, приборы. Крыло прямоугольной формы площадью 372 кв. м с удлинением примерно 1,6 м и размахом около 23 м имело многолонжеронную конструкцию. Хвостовое оперение – в виде двух перекрещивающихся рулей, вертикального и горизонтального. Самолет Можайского взбегал вверх по наклонным рельсам, но взлететь не мог. В середине 1880-х годов конструктор понял необходимость увеличить мощность двигателя до 60 л. с. Однако, его планы не были осуществлены.
*
ВЕРСИЯ
В военной энциклопедии, изданной в 1916 году, про самолет А.Ф. Можайского написано, что аппарат отделился от земли, но, будучи неустойчивым, накренился на бок и поломал крыло. В советское время доказывалось, что Можайский стал создателем первого в мире летавшего самолета и поэтому является основоположником мировой авиации. Было придумано и имя испытателя самолета – Голубев. В конце 1970-х годов в Центральном аэрогидродинамическом институте в Москве точно восстановлены весовые и геометрические параметры самолета Можайского, изготовлена продувочная модель аппарата в масштабе 1:20 и проведена серия испытаний в аэродинамической трубе. Вывод был однозначным: самолет Можайского имел втрое меньшую мощность, чем требовалось для горизонтального полета.
*
Самолет А.Ф. Можайского отличался придуманной и для своего времени технически грамотной конструкцией. Он имел более рациональную конструктивно-силовую схему по сравнению с самолетом Ф. дю Тампля. К недостаткам самолета следует отнести малое удлинение несущей поверхности, затруднения передачи мощности от двигателя к боковым винтам, неустойчивость при разбеге из-за малой колеи шасси, неудовлетворительный обзор с места пилота.
В это же время, видимо, зная, что летучая мышь была прообразом для «летательного прибора» Леонардо да Винчи, французский изобретатель К. Адер приступил к созданию самолета («авиона») с паровым двигателем, решив по возможности точно скопировать летучую мышь. Строительство самолета «Эол» велось в секретности с 1882 по 1890 год. «Эол» представлял собой моноплан – «бесхвостку» с гибким крылом криволинейных очертаний. Крыло было покрыто шелковой материей, прикрепленной к каркасу с помощью многочисленных пуговиц. Площадь несущей поверхности составляла 28 кв. м, размах 14 м. Внутри закрытого фюзеляжа размещались паровая машина, органы управления и место пилота. Впереди был установлен четырехлопастный пропеллер диаметром около 2 м из бамбука. Лопасти имели форму птичьих перьев. Для разбега служило трехколесное шасси с хвостовым колесом, впереди имелось дополнительное противокапотажное колесо. Вес конструкции самолета составлял 173, 5 кг, взлетный вес – 296 кг. Управление самолетом предполагалось осуществлять, изменяя форму крыла в полете. Наиболее совершенным агрегатом «Эола» был двигатель – Адеру удалось создать очень легкую паровую машину мощностью 20 л.с., нагрузка на мощность составляла всего 14,8 кг/л.с. – в 4-5 раз меньше, чем у самолетов Тампля и Можайского. В октябре 1890 года самолет под управлением Адера на короткое время поднялся в воздух и продержался на высоте около 50 м почти 5 секунд с помощью единственного источника – собственной силы тяги.
Такой результат нельзя назвать полетом, тем не менее, это было знаменательное событие в истории авиации. Впервые самолет осуществил взлет с горизонтальной поверхности за счет мощности собственного двигателя, без использования вспомогательных средств.
Так к последнему десятилетию XIX века удалось преодолеть энергетический барьер в самолетостроении.
*
ВЕРСИЯ
При описании предусмотренного на «Эоле» дифференциального поворота консолей крыла в вертикальной плоскости К. Адер употребил слово «gauchir». Этим словом впоследствии во французском языке стали обозначать перекрещивания крыла, примененного братьями Райт. Из-за чего ошибочно Адеру приписывают приоритет в этом изобретении. Но это не так. В принципе такой усложненный способ поперечного управления возможен (при стреловидном крыле), однако Адер в своем патенте не упоминает об этом, не видя необходимости изменять Mx в полете. Более того, на «Авионе-3» Адер вообще не предусматривал поворота крыльев в вертикальной плоскости.
*
В отличие от К. Адера, английский изобретатель Х. Максим прежде чем приступить к строительству самолета провел эксперименты на ротативной установке и в аэродинамической трубе собственной конструкции, а также на специальном приборе для измерения тяги винтов. Он один из первых обосновал выгодность применения искривленного профиля крыла, указал на появление дополнительного сопротивления при обтекании близко расположенных друг к другу тел (сопротивление интерференции), разработал воздушные винты с высоким для тех лет КПД– 0,6.
В 1891-1894 годах Максим построил свой самолет, который отличался от всех, построенных ранее как по схеме, так и по размерам. Это был расчалочный биплан, снабженный двумя рулями высоты – впереди и позади крыльев. Вертикальное оперение отсутствовало. Взлетный вес самолета превышал 3,5 тонны, общая площадь горизонтальных поверхностей составляла 372 кв. м. Крыло состояло из восьмиугольного центроплана и консолей прямоугольной формы. Под крылом имелась прямоугольная платформа, на которой размещались два паровых двигателя типа «компаунд» мощностью по 180 л.с., а также места для экипажа самолета. Общий вес силовой установки составлял около 1 т, удельный – 3,1 кг/л. с. Двигатели приводили во вращение два деревянных двухлопастных винта диаметром 5,4 м. Винты были размещены за крылом.
Испытания самолета Максима при полной мощности состоялось в июле 1894 года. Машина полностью поднялась с нижних рельсов и упала на землю. Во время этих испытаний достигнута подъемная сила в 5000 кг. Опыты были прекращены, так как гигантская машина была неспособна к управляемым полетам.
Х. Максим был первым, кто воплотил в самолетостроении данные экспериментальной аэродинамики о преимуществах крыла неплоского профиля и большого удлинения. Его опыты подтвердили, что к концу XIX века энергетической проблемы создания самолета уже не существовало.
Последняя попытка сооружения самолета с паровым двигателем относится к 1902 году, когда Л. Харгрей в Австралии начал строительство машины, которая должна была взлетать с воды, но сборка самолета не была завершена.
Пионеры авиации заражали друг друга своей верой в успех. В 1863 году Ф. Турнашон (Надар), французский журналист, энтузиаст динамического полета, выступил в Париже со своим «Манифестом динамического воздухоплавания». Переведенный на многие европейские языки и помещенный в газетах и журналах доклад способствовал усилению интереса широких масс к авиации. В том же году А.В. Эвальд опубликовал в Санкт-Петербурге статью «Воздухоплавание» с изложением основных принципов устройства самолета. В журнале «Морской сборник» № 6 за 1871 год опубликовал труд М.А. Рыкачева «Первые опыты над подъемной силой винта, вращаемого в воздухе».
Рвущиеся в небо стали объединяться, чтобы консолидировать свои усилия. В 1866 году основано Аэронавтическое общество Великобритании (позднее – Королевское авиационное общество). В 1869 году при Главном инженерном управлении Военного министерства образован первый в России официальный орган по военному воздухоплаванию – Комиссия для обсуждения вопросов применения воздухоплавания к военным целям.
7 февраля 1875 года считается днем рождения военного воздухоплавания в России, потому что именно тогда в Санкт-Петербурге сформирована кадровая воздухоплавательная команда (командир А.М. Кованько).
ПЕРВЫЕ САМОЛЕТЫ С ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
В начале XX века появились важные предпосылки для развития самолетостроения – был создан компактный и достаточно надежный в эксплуатации бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Идея использования газового двигателя рассматривалась и раньше – в проектах Ф. дю Тампля, А. Пено, А.Ф. Можайского. Но тогда газовая машина была слишком громоздкой. На перспективность применения бензинового двигателя на самолете указывал также К.Э. Циолковский. И вот в 1890 году в России В.К. Герман разработал проект самолетного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания.
Первый самолет с ДВС был построен в 1899 году. Однако, его изобретатель венгр Э. Немети пошел слишком простым путем – он натянул над колесной тележкой горизонтальную поверхность в форме воздушного змея, а на тележке установил маленький бензиновый двигатель мощностью 0,75 л.с. с тянущим пропеллером. «Летательная машина» не взлетела и с двигателем в 2 л. с.
Более продуманно подошел к созданию самолета В. Кресс, переехавший в 1860-е годы из России в Австро-Венгрию. В 1899 году аппарат Кресса «Аэровелос» представлял собой поплавковый самолет-амфибию с тремя крыльями, расположенными одно за другим с небольшим разносом по высоте. Размах крыльев до 132 м, общая их площадь – 94 кв. м. на нем был установлен обычный автомобильный ДВС мощностью 7–9 л. с. Впервые на самолете все управляющие поверхности могли отклоняться одним рычагом одновременно. Из-за недостаточной мощности двигателя Кресс ограничился испытанием самолета на воде (ноябрь 1900 года). С двигателем мощностью 30 л. с. самолет оказался утяжеленным и во время очередных испытаний (1901 год) ушел под воду.
Несмотря на неудачи работы Кресса по созданию первого гидросамолета и первого самолета с ДВС представляют исторический интерес из-за ряда технических решений, впервые примененных в самолетостроении (схема «тандем», поплавки для взлета и посадки, однорычажная система управления).
К числу построенных, но не испытывавшихся в полете самолетов с ДВС относится также летательный аппарат Е.С. Федорова. Его пятиплан со ступенчатым расположением поверхностей – под влиянием полетов модели планера-«тандема» В.К. Германа и теоретических изысканий Д.К. Чернова о преимуществах полипланового крыла с диагональным расположением элементов – был разработан в середине 1890-х годов. Однако до стадии полетов самолет довести не удалось.
В конструктивном отношении самолет Федорова являлся непрактичным аппаратом. Идея обеспечения устойчивости и управляемости с помощью пружинной подвески крыльев и изменения угла их наклона в полете оказалась трудноосуществимой и не нашла применения в самолетостроении. Также не получили распространения и самолеты с большим количеством крыльев.
*
ВЕРСИЯ
Утверждают, что немецкий конструктор Г. Уайтхед ( в Германии он Вайскопф) в начале 1890-х годов впервые испытал свой расчалочный моноплан, напоминающий птицу с распростертыми крыльями. В 1921 году его самолет №21 с двумя газовыми (ацетиленовыми) двигателями мощностью 10 и 20 л. с. (оба двигателя весили всего 27 кг) преодолел по воздуху расстояние около 800 м и благополучно приземлился. В 1922 году самолет № 22 с разработанными изобретателем керосиновым двигателем мощностью 40 л. с. осуществил два успешных полета – дальностью две мили и семь миль на высоте 60 м, в обоих случаях посадка осуществлялась на воду.
Исходя из этого, некоторые историки авиации стали считать Уайтхеда выдающимся создателем самолетов, совершивших первый продолжительный полет по кругу, первую посадку на воду и первый полет с пассажиром.
Однако информация о якобы успешных испытаниях самолетов Уайтхеда очень сомнительна. В техническом отношении его самолет был весьма несовершенен, отличался неоправданными «излишествами» (отдельный двигатель для движения по земле, складывающееся крыло и др.). Самолет № 21 не мог совершить полет хотя бы из-за недостатка мощности. А весовые показатели двигателей и самого самолета невероятно малы для того времени. Пионер американского самолетостроения Ч. Менли, видевший самолет Уайтхеда № 21, считает, что его конструкция из-за непрочности непригодна для полета. Другие современники Уайтхеда утверждали, что его знания и мастерство были недостаточны для конструирования пригодного для полета самолета двигателя.
*
Первые попытки полета на самолете с ДВС были предприняты в 1903 году Л. Левассером во Франции, К. Ято в Германии и С. Ленгли в США.
Первым во Франции, кто построил в 1903 году самолет моноплан с ДВС, считается по праву конструктор Л. Левассер. Самолет отличался большими размерами, имел конструкцию, обтянутую полотном и подкрепленную растяжками. Крыло с удлинением около 5 м имело заметную поперечную V-образность. Самолет приводился в движение двумя четырехлопастными пропеллерами, расположенными тандемно: впереди и за двигателем. Площадь крыла составляла 100 кв. м, мощность двигателя – 80 л.с. Для взлета самолет устанавливался на горизонтально уложенные рельсы. При одной из попыток аппарат с человеком на борту оторвался от земли, но, будучи неустойчивым, сразу же упал. И больше попыток полета не предпринималось.
В том же 1903 году Ято построил и испытал первый в Германии триплан-«безхвостку» с толкающим пропеллером. Этот самолет не имел средств для горизонтальной и поперечной стабилизации, крыло отличалось плоским профилем и малым удлинением. Недостатки самолета: неустойчив, почти неуправляем и неспособен к продолжительным полетам; плохие несущие свойства установленного на самолете крыла и несовершенство формы пропеллера. Самолет К.Ято был первым пилотируемым летательным аппаратом с ДВС, который смог преодолеть небольшое расстояние по воздуху. Но это лишь повторение результата испытания «Эола» К. Адера.
Одна из наиболее серьезных и научно обоснованных попыток создания самолета сделана в США под руководством С. Ленгли. Его модели с паровым двигателем совершали раньше полеты продолжительностью почти две минуты. Поэтому правительство и военные круги США предложили С. Ленгли построить самолет, который рассчитывали использовать как новый вид оружия. Работы по созданию самолета «Аэродром А» начались в 1898 году. Планер был выполнен по схеме «тандем» и снабжен крестообразным хвостовым оперением. Взлет предусматривался – с помощью катапульты на барже. Для удержания самолета на воде при посадке имелись небольшие резервуары цилиндрической формы. Двигатель мощностью 12 л.с., после предпринятой помощником Ленгли – Ч. Менгли радикальной переделки, достиг мощности 50 л.с. при весе 94 кг. Этот двигатель и при удельной мощности превзошел все, построенные ранее, оставаясь в течение еще нескольких лет самым легким авиадвигателем в мире. Копия аппарата, уменьшенная в четыре раза, с двигателем в 3 л.с. в 1903 году совершила устойчивый полет продолжительностью 27 секунд. Это было первое в истории авиации успешное испытание беспилотного летательного аппарата с ДВС. Однако две попытки полета полномасштабного самолета при старте закончились авариями.
Самолет Ленгли обладал серьезными конструктивными дефектами: недостаточная прочность и жесткость планера; необеспеченность безопасности летчика при посадке; отсутствие поперечного управления и неэффективность примененного на самолете руля управления.
Итак, в 1870—1880-е годы самолеты не могли подняться в воздух из-за большого веса двигателей и малой подъемной силы плоского крыла. С 1890-х годов основными препятствиями на пути создания самолета были недостаточная управляемость, устойчивость, а также прочность летательных аппаратов. Указанные недостатки могли быть преодолены только на основе теоретической базы для определения необходимой эффективности средств стабилизации и управления, расчета запаса прочности и на основе практического опыта.
Самолет не развивался, поскольку отсутствовал критерий правильности конструкторских решений – практике. Финансисты не понимали необходимости стадии доводки самолета и прекращали поддержку конструкторов после первой же неудачи.
Изобретательская мысль, не найдя выхода, порой уходила в сторону, иногда – далеко в будущее. Так, например, появлялись «преждевременно» первые проекты реактивных самолетов. В 1867 году патент на проект самолета с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем выдан Н.А. Телешеву во Франции. Это был один из первых в мире проектов реактивного самолета. В 1881 году народоволец Н.И. Кибальчич, находясь в Петропавловской крепости, за несколько дней до казни составил записку и дал эскиз летательного аппарата с качающейся камерой сгорания для управления вектором тяги (опубликованы в 1918 году).
Но продолжалась работа и в главном направлении. Шел интенсивный поиск наилучших аэродинамических и конструктивных схем. Самолеты строились в виде монопланов и бипланов, с передним и задним расположением оперения и органов управления, с открытой ферменной конструкцией и закрытым фюзеляжем, с толкающими и тянущими воздушными винтами, с колесным шасси и в виде гидросамолетов, взлетающих и садящихся на водной поверхности.
В 1871 г. П.А. Пашкевич построил первую в России аэродинамическую трубу для исследования сопротивления снарядов. В то же примерно время Ф. Уэнхем (Великобритания) использовал аэродинамическую трубу для опытов с моделями самолетов. В 1897 году К.Э. Циолковский построил в Калуге свою «воздуходувку» – аэродинамическую трубу. И в том же году русский изобретатель П.Д. Кузьминский провел испытание отдельных узлов своего первого ГТД (газотурбинного двигателя) – «газопаророда».
Теорию авиации развивали и новые научные работы: Дж. Рэлея «О сопротивлении жидкостей» (1876 год); Д.И. Менделеева «О сопротивлении жидкостей и в воздухоплавании» (1880 год); О. Рейнольдса «Экспериментальное исследование условий, при которых движение воды происходит по прямой или извилистой линии, и закон сопротивления в параллельных каналах» (1883 год); Н.Е. Жуковского « Видоизменения метода Кирхгофа для определения движения жидкости в двух измерениях при постоянной скорости, данной на неизвестной линии тока» (1890 год) и «О парении птиц» (1891 год); А.М. Ляпунова «Общая задача об устойчивости движения» (1892 год); С.К. Джевецкого «Определние элементов гребных винтов»; К.Э. Циолковского «Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная машина» ( 1894 год); И.В. Мещерского «Динамика точки переменной массы» (1897 год) и др.
ЗАРОЖДЕНИЕ САМОЛЕТА–ПОЛИПЛАНА
После первых успешно планирующих полетов сразу зародилась идея снабдить планер легким двигателем, сначала для увеличения продолжительности его парения в небе. И лишь потом решили превратить планер в самолет.
Основоположником научного подхода к проектированию самолетов считается английский ученый Дж. Кейли. Еще в 1799 году он предложил схему ЛА с неподвижным крылом, изобразил на чертеже планер (самолет) в трех проекциях. Но только в 1853 году ему удалось построить первый планер, который был испытан в свободном полете с человеком на борту. За ним в 1857 году француз Ж.М. Ле Бри совершил непродолжительный свободный полет на планере, взлет которого был осуществлен буксировкой с помощью конной повозки. Планеризм позволил человеку испытать чувство полета, пересмотреть некоторые принципы проектирования и создать, наконец, работоспособный самолет. В 1889 году немецкий инженер О. Лилиенталь опубликовал свой труд «Полет птиц как основа искусства летать». За период 1891-1896 годов Лилиенталь совершил свыше 2000 полетов на безмоторных крылатых ЛА – планерах различных конструкций.
Лилиенталь был первым, кто решил применить легкий двигатель для планера. В 1893 году он запатентовал и построил моноплан размахом 8 м с одноцилиндровым углекислотным двигателем. Для создания пропульсивной силы изобретатель решил применить машущее крыло, концы которого были расчленены на «перья» Двигатель мощностью около 2 л.с. и весом 20 кг (вместе с баком углекислоты) подвешивался на грудь летчика. Аппарат испытывался в 1894 году как планер, так как добиться надежной работы двигателя не удалось. По существу, аппараты Лилиенталя представляли собой орнитоптеры со всеми присущими данному классу машин недостатками.
В 1893 году при испытаниях на привязи мультиплан Г. Филипса (Великобритания) с 50 плоскостями поднимался на высоту около 1 м и пролетел по кругу расстояние около 60 м.
В 1896 году А. Харринг совместно с Шанютом сконструировал удобный балансирный планер-биплан. Аппарат Харринга и Шанюта должен был иметь трипланное крыло, крестообразное хвостовое оперение, колесное шасси. Двигатель приводил во вращение два соосных винтовых пропеллера – тянущий и толкающий. Управление аппаратом предполагалось с помощью изменения положения тела пилота. Двухцилиндровый двигатель развивал мощность 3-5 л.с. и весил при этом всего около 6 кг. Первые испытания состоялись в 1898 году. После разбега с аппаратом на плечах Харринг запустил двигатель, и машина поднялась в воздух. Дальность полета составила всего 9 м. За год было выполнено около 1000 полетов продолжительностью до 14 секунд и дальностью до 110 м.
Подобные разработки, тем не менее, были обречены на неудачу, поскольку непреодолимым препятствием в достижении моторного полета являлся балансирный метод управления. При весе силовой установки 40-50 кг контролировать положение аппарата в воздухе за счет перемещения тела пилота было уже невозможно. Выход был найден в зам ене балансирного управления аэродинамическим.
Планеры братьев У. и О. Райт были первыми удачными летательными аппаратами, управляемость которых не зависела ль размеров и веса машины, что и определило их успех. Изобретатели решили осуществлять все стадии полета, включая взлет, только с помощью двигателя. Надеясь на первенство, братья Райт постарались засекретить сведения о конструкции своего самолета. Аппарат представлял собой биплан с двумя толкающими пропеллерами, вращающимися в противоположных направлениях. Двигатель был установлен на нижнем крыле, сбоку от летчика, который лежа управлял самолетом движением бедер. Перед пилотом были расположены две рукоятки, одна из которых служила для управления рулем высоты, другая – для включения двигателя. Взлетный вес самолета – 340 кг, площадь крыла – 47,4 кв. м, размах – 12, 3 м, длина – 6,4 м, диаметр винтов – 2,5 м.
17 декабря 1903 года в пустынной местности Китти-Хок на Атлантическом побережье США братья Райт поочередно совершили четыре, хотя и скоротечных (продолжительностью от 12 до 59 секунд и дальностью от 36,5 до 260 м.), но устойчивых управляемых полета на самолете «Флайер 1», общая продолжительность которых составляла менее двух минут.
Полеты братьев Райт явились выдающимся событием в истории авиации. Они создали самолет, который обладал не только энерговооруженностью, аэродинамическим качеством и запасом прочности, но и имел эффективную систему бокового и продольного управления. Правда, из-за статической неустойчивости «Флайера» его пилотирование требовало большого искусства. Успех братьев Райт обусловлен правильным методом проектирования и доводки самолета. При этом они удачно сочетали в себе ученых-исследователей, инженеров-механиков и летчиков-испытателей.
Практика планерных полетов позволила в короткий срок (10 лет) создать легкие, прочные и хорошо управляемые летательные аппараты, превратить которые в самолет оказалось значительно проще, чем сделать шаг от модели к пилотируемому моторному аппарату.
(Окончание следует).