Летательная машина леонардо да винчи год
Летательная машина леонардо да винчи год
Войти
Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal
Гений да Винчи: Летательные аппараты
«Крылья будут! Если их сделаю не я, вместо меня это сделает кто-нибудь другой». Леонардо да Винчи.
Шестая часть экспозиции, посвященная Леонардо, рассказывает о его достижениях в области аэродинамики и летательным аппаратам. Предыдущие пять: 1, 2, 3, 4, 5.
В XV веке мысль о полете не покидала многих инженеров. Но именно Леонардо стал первым, кто стал изучать теорию полета.
Изначально да Винчи работал надо созданием летательного аппарата, основываясь на принципе маховых движений крыльев. Он анализировал характеристики полета птиц и летучих мышей, а также изучал анатомию их крыльев. Он верил в то, что человек сможет научиться летать, если сконструирует, а затем приведет в действие аппарат, имитирующий машущий полет птиц.
Некоторые из его рисунков изображают лежащего вниз лицом человека, который собирается взлететь с помощью механизмов, присоединенных к крыльям. Другие рисунки демонстрируют более сложные крепежные системы. Есть и рисунки человека с машущими крыльями, расположенного вертикально, и нажимающего на педали аппарата руками и ногами.
Однако позже да Винчи приходит к выводу о том, что человеку просто не хватит мускульной силы в туловище и руках для того, чтобы подняться в воздух подобно птице. В результате он начинает изучать возможность полета без маховых движений, углубляясь в изучение скорости ветра и способов использования воздушных потоков для полета.
Его идеи, воплощенные в виде чертежей и набросков во многом предвосхитили появление современных дельтаплана, самолета, вертолета и парашюта. Результатом его неутомимых исследований стало собрание, содержащее 36 страниц рисунков полета птиц и записей, в которых да Винчи утверждает, что полет человека возможен.
Достижение Леонардо в области аэродинамики можно посмотреть
Анемоскоп (anemoscopio, anemoscope). В процессе изучения полета Леонардо в числе прочих работ создал рисунок анемоскопа, устройства для опреления направления ветра. Прибор выглядит в точности как флюгер, часто устанавливаемый на крышах современных домов.
Прибор для измерения скорости ветра и воды (studio per condotti conici, speed gauge for wind or water). Леонардо задавался вопросом: «Если интенсивность ветра и воды остается неизменной, способно ли увеличение их интенсивности в пять раз привести к увеличению энергии в пять раз?» Этот экспериментальный прибор состоял из конусообразных трубок с отверстием наверху, по которым пусклись ветер и вода.
Анемометр (anemometro, anemometer). Этот прибор использовался для измерения силы ветра. Вертикальная пластина двигалась как указатель направления ветра, и по степени ее отклонения от вертикального положения можно было судить об интенсивности ветра.
Машущее крыло (studio d’ala batiente, flapping wing). Этот рисунок был экспериментом Леонардо, с помощью которого он пытался определить подъемную силу машущего крыла. Тростинковая конструкция, покрытая бумагой и состоящая из 12-метрового крыла и сетки, должна была крепиться к деревянной балке весом с человека. Если быстро потянуть рычаг вниз, крыло должно было подняться в воздух вместе с балкой. Если бы эта идея сработала, два крыла смогли бы поднять вверх летательный аппарат вместе с летчиком и удерживать их в воздухе.
В своей записной книжке Леонардо писал:
«. убедись в том, чтобы рывок был максимально резким,
и, если желаемый результат не достигнут,
больше не трать на это время».
Летательный аппарат (macchina volante, flying machine). Один из самых известных рисунков Леонардо, посвященных полету человека. Человек, прикрепленный к конструкции ремнями, должен был лежать лицом вниз и крутить педали, поднимающие и опускающие крылья при помощи веревок и рычагов. Для изменения направления полета нужно было дергать рычаги. Движение аппарата имитировало полет птиц, так как крылья механизма сгибались и распрямлялись в процессе полета.
Дельтаплан (deltaplano, hang-glider). Ранние модели летательных аппаратов Леонардо были основаны на принципе имитации маховых движений крыльев птиц. В механизме таких аппаратов применялись блоки и рычаги, двигающие крылья вверх и вниз. Позже Леонардо начал проектировать аппараты, способные летать, используя воздушные потоки и силу ветра. В таких аппаратах человек мог смещать центр тяжести, просто меняя положение верхней части своего тела. Согласно рисунку в этом планере человек располагался в точках «m», «d» и «a». Движение планера в полете контролировалось с помощью веревок. В 2002 году в Англии по чертежам Леонардо была сконструирована копия этого аппарата. И хотя аппарат был неустойчив в полете, тем не менее смог успешно летать после того, как к конструкции да Винчи добавили хвост.
Воздушный винт (vite aerea, aerial screw). В средние века дети играли в волчок, лопасти которого вращались вокруг оси из нити и поднимали волчок вверх. По всей видимости Леонардо позаимствовал эту идею для своей концепции поднимающегося в воздух винта. Четыре человека, стоя на центральной платформе в основании аппарата, должны были двигаться вокруг оси и толкать рычаги. По мере того как обтянутые льняной тканью винты раскручивались, возникала тяга, позволяющая аппарату подняться в воздух. Скорее всего, такой аппарат никогда бы не смог оторваться от земли и, тем не менее, он по праву может считаться прототипом современного вертолета.
Летательная машина леонардо да винчи год
Леонардо да Винчи был убежден, что «человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух».
Чтобы сконструировать крылья «ornitotteri», Леонардо изучал анатомию птичьего крыла, учитывая функции и распределение его перьев. Наблюдая за полетом птицы, ученый заметил, что она по-разному машет крыльями, когда зависает в воздухе, летит вперед или приземляется. Его интересовали также перепончатые крылья летучих мышей. На основе этих наблюдений Леонардо сконструировал огромные крылья, предназначенные не только для поднятия человека в воздух, но и удержания его в полете, благодаря элеронам и шарнирам. Он собирался имитировать воздушную акробатику птиц, их способность беречь энергию в полете и точно приземляться. До конца XV столетия Леонардо был убежден, что сможет осуществить проект механического полета. Однако его беспокоило то обстоятельство, что возможности мышц человека ограничены. Поэтому он собирался вместо энергии мускулов использовать механизм лука, который обеспечивал бы движение вперед. Впрочем, лук не решал проблем автономности в полете, возникающих при быстром раскручивании пружины.
С 1503 по 1506 г. Леонардо был занят исследованиями в Тоскане. Атмосферные условия, наличие или отсутствие ветра, соответствующие метеорологические и аэродинамические явления заставили его отказаться от своей старой идеи об «инструменте», основанном на взмахе крыльев, и признать”полет без движения крыльев”.
Наблюдая, как большие птицы позволяют воздушным потокам подхватить и нести их в воздухе, Леонардо думал об оснащении человека большими составными крыльями, которые дадут ему возможность войти в подходящий воздушный поток при помощи несложных движений тела и не затратить много сил на это. Человек будет свободно парить, пока не опустится на землю как “сухой лист”.
Систематические исследования, предпринятые Леонардо в начале XVI в., привели его к необходимости изучить “качество и плотность воздуха”. Для этой цели он сконструировал гидроскопические инструменты. Леонардо подчеркивал,что законы аэродинамики аналогичны законам гидростатики, т.е.наука о воде является зеркальным отражением науки о ветре, ”которую (науку о ветре) мы покажем через движение воды и эта важная наука станет шагом вперед в понимании полета птицы в воздухе».
На самом деле конструирование аппаратов способных летать издавна привлекало внимание человека. Увлечение авиамоделизмом, которое у многих начинается с воздушных змеев и бумажных самолетиков, в наше время успешно реализовано за счет производителей радиоуправляемых моделей. Модели самолетов сложно назвать игрушками, потому что большинство из них участвуют в серьезных соревнованиях. Профессионалы разделяют авиамоделизм на любительский и спортивный, при этом первый тип увлечения имеет наибольшее число поклонников.
Идея полета в трудах Леонардо да Винчи
Дмитрий Алексеевич Соболев, канд.техн. наук, Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова, РАН
Одной из самых интересных страниц в многогранном творчестве Леонардо да Винчи являются исследования, посвященные проблеме полета человека. Леонардо был первым из ученых, кто всерьез занялся изучением этой темы. В его рукописях встречаются рисунки и краткие описания различных летательных аппаратов. К этой теме он возвращался на протяжении всей своей творческой деятельности: первые проекты летательных машин относятся к середине 80-х гг. XV века, а последние датируются вторым десятилетием XVI века.
Для управления высотой полета да Винчи предложил оригинальный механизм, состоящий из подвижного горизонтального хвостового оперения, соединенного с обручем на голове человека. Поднимая и опуская голову, испытатель должен был, по замыслу Леонардо, поднимать и опускать хвостовую поверхность орнитоптера (рис. 2).
Стремясь уменьшить затраты сил на движение крыльями, великий итальянский изобретатель предложил делать на машущих поверхностях специальные матерчатые клапаны, которые при движении крыла вниз плотно прижимались бы к натянутой на арматуру крыла сетке, а при обратном ходе открывались, позволяя свободно проходить воздуху. Похожая идея применялась позднее другими конструкторами орнитоптеров.
В конце 1480-х гг. Леонардо да Винчи делает чертеж и описание большой летательной машины с двумя парами машущих крыльев (рис. 6). Стоящий в чем-то наподобие чаши, мужчина приводил крылья в движение с помощью системы блоков. Интересно, что аппарат имел убираемое шасси; опоры могли складываться вверх с помощью ворота и тросов (рис. 7).
Леонардо так объяснял концепцию своего нового орнитоптера: «Я решил, что стоять на ногах лучше, чем лежать плашмя, ибо прибор никогда не может перевернуться вверх ногами. Подъем и опускание при движении [крыльев] будут производиться опусканием и подниманием обеих ног, что дает большую силу, а руки остаются свободными. Если бы тебе пришлось бы лежать плашмя, то ноги, в берцовых суставах, сильно уставали бы. » (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения..С.606).
По-видимому, со временем Леонардо сам понял нереальность своего замысла. Возможно, он даже проводил какие-то опыты, так как в его записках 1485-1490 гг. есть рисунок эксперимента по определению подъемной силы машущего крыла (рис. 8). Чуть позднее он указал на возможность использования в качестве источника энергии для движения крыльев сжатый с большой силой лук (рис. 9). При распрямлении мощный лук действительно мог создать большой импульс сил, но он был бы очень кратковременным, и в лучшем случае машина могла бы только подпрыгнуть вверх.
Следующий шаг в эволюции взглядов Леонардо на конструкцию летательной машины связан с исследованием им механизма парящего и планирующего полета пернатых. Он пришел в выводу: «. Когда птица находится в ветре, она может держаться на нем без взмахов крыльями, ибо ту же роль, которую при неподвижном воздухе крыло выполняет в отношении воздуха, выполняет движущийся воздух в отношении крыльев при неподвижных крыльях» (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.497).
Незадолго до смерти ученый еще раз вернулся к мыслям о движении по воздуху с помощью неподвижного крыла. В его рукописи, хранящейся в Институте Франции в Париже, есть малоизвестный рисунок, датируемый 1510-1515 гг. (рис. 12). На нем изображен человек, который, держась руками за плоскость, спускается по воздуху, и имеется указание о способе управления: «Этот [человек] будет двигаться направо, если он согнет правую руку и распрямит левую; и будет затем двигаться справа налево при перемене положения рук» (Gibbs-Smith, С. Leonardo da Vinci’s aeronautics. London, 1967. P. 21.). По-видимому, данная идея простейшего балансирного планера, или, точнее, управляемого парашюта, возникла у Леонардо в результате наблюдения за падением листа бумаги в воздухе.
Рисунок спускающегося на пирамидовидном парашюте человека (рис. 13) Леонардо сопроводил надписью: «Если у человека шатер из прокрахмаленного полотна, шириною в 12 локтей и вышиною в 12, он сможет бросаться с любой большой высоты без опасности для себя» (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.615).
Знакомое многим изображение вертолета Леонардо да Винчи (рис. 14) представляет собой первый проект вертикально взлетающего летательного аппарата. В отличие от современных вертолетов с лопастным винтом, эта машина должна была подниматься в воздух с помощью хорошо известного в XV в. архимедова винта, диаметром около 8 м. Несмотря на то, что винт должен был раскручиваться вручную, Леонардо да Винчи верил в осуществимость своего проекта: «Я говорю, что когда этот прибор, сделанный винтом, сделан хорошо, т.е. из полотна, поры которого прокрахмалены, и быстро приводится во вращение [. ] названный винт ввинчивается в воздух и поднимается вверх».
Как всякие первые предложения, эти проекты были еще несовершенны. Парашют не имел специального отверстия в вершине купола, обеспечивающего устойчивую траекторию снижения, а в проекте вертолета не учитывалось влияние реактивного момента от вращения винта, который раскручивал бы расположенную внизу конструкцию, далека от наилучшей была и форма винта. Но тем не менее оба они представляют собой выдающиеся технические предвидения.
Анализ развития взглядов на конструкцию крылатого летательного аппарата в трудах Леонардо да Винчи и в работах последующих пионеров авиации позволяет сделать следующий общий вывод: вопреки распространенной среди историков авиации точке зрения, идея самолета зародилась не сама по себе как альтернативная орнитоптеру концепция, а «выросла» из проектов аппаратов с машущим крылом через ряд промежуточных образцов полусамолетов-полуорнитоптеров, автором первых из которых был великий Леонардо.
Измеритель величины наклона
Этот прибор представляет собой маятник, помещенный внутрь стеклянного сосуда (в форме колокола), служащий для того, чтобы «направить аппарат (летательный) прямо или под наклоном, как предпочитаете, т. е. когда захочется лететь прямо, установите шарик в середину круга».
Исследование балансировки
Движения планера в полете контролировались подвижными крыльями и балансированием летчика: «человек должен быть свободен книзу от талии, чтобы он мог себя уравновесить, хотя и находится при этом в лодке, и так, чтобы его центр тяжести совпадал с центром тяжести всей конструкции и был уравновешен с ним».
Исследование равновесия
Ученый провел исследование равновесия планера c целью определения центра гравитации у птицы. Рисунков этого планера не существует, но известно, что он должен был быть построен из легких материалов: бамбука и ткани с креплениями и оттяжками из сырого шелка или из специальной кожи. Высокая конструкция из тростника в форме цилиндра или параллелепипеда, видимо, вытягивалась на лямках из очень широких (около 10 м в ширину) крыльев этого планера. В этой конструкции летчик располагался намного ниже крыльев, что создавало равновесие аппарата.
Модель «ORNITOTTERO»
Здесь представлен один из вариантов «ORNITOTTERO». Пилот с аппаратурой на спине располагался под металлическим полукругом; движение крыльев создавалось за счет движения ног. Этому помогали руки, управляющие рукоятками, расположенными под полукругом. Руль размещался на шее пилота. Направление полета определялось поворотом головы.
Орнитоптер
Фюзеляж по форме напоминает лодку для пилота. Видимо, о воздухе Леонардо мыслил теми же понятиями, что и о воде. Огромные крылья (похожие на крылья летучей мыши) приводятся в движение системой винтов и гаек. Как и на лодках, был предусмотрен руль. Широкая хвостовая плоскость предназначалась, должно быть, для контроля высоты.
На рисунке не планер, управляемый пилотом, а интересный «гибрид». Летчик висит вертикально в центре аппарата, кончики крыльев имеют соединения, контролирующие машину, а жесткая конструкция поддерживает ее.
Прибор для измерения скорости ветра
Существовал и другой вид анемометра. Он был сделан из конусообразных трубок и применялся для того, чтобы установить, пропорционален ли ветер, поворачивающий колесо, воздухозаборному отверстию в конусе, учитывая идентичную интенсивность ветра.
Система оттяжек рычагов и соединений
Леонардо считал, крылья могут подниматься и опускаться системой канатов и блоков, приводимой в движение ногами пилота, вдетыми в стремена, и его руками, управляющими рукоятками. Поднимаясь и опускаясь, крылья, также, сгибались и распрямлялись при помощи автоматической системы оттяжек, рычагов и соединений.
Спуск на землю «сухим листком»
«Человек повернется направо, если согнет правую руку и вытянет левую; меняя эти движения, он будет поворачиваться справа налево”.
Анемометр
На рисунке изображен “пластинчатый анемометр”, или “щетка”, так как традиционно для пробы ветра применялись перья. Прибор представляет собой градуированную трость с тонкими пластинками, которые двигаются в зависимости от интенсивности ветра.
Первые летательные аппараты и «рождение» самолета
Чудо-голубь Архита
С незапамятных времен человек стремился увидеть землю оттуда, откуда на нее смотрели птицы. Летать, точнее пытаться взлететь, он начал, подражая им. Для этого нужны крылья, а у крыльев должно быть оперение. Так думал древний мечтатель, провожая взглядом птичью стаю.
Из перьев, склеенных воском, сделал себе крылья мифический античный мастер по имени Дедал. Такие же он изготовил для своего сына Икара, и тот взмыл в небо так высоко, что неосторожно приблизился к светилу, и солнечный жар растопил воск на его крыльях. В людском сознании полет стал неизбежно связываться с падением.
В V-IV веках до н. э. в итальянском городе Таранто жил человек по имени Архит. Был он искушен в науках и искусствах, писал труды по механике, арифметике, астрономии и музыке, дружил с самим Платоном. Семь раз выбирали его стратегом, то есть городским главой и военачальником.
Как-то, наблюдая за птицей в небе, ученый решил изготовить точно такую же из дерева и заставить ее летать, чтобы разгадать секрет механизма, помещенного в птичьей груди и управляющего полетом. Насколько преуспел Архит, сказать сложно. По словам очевидцев, его творение сумело захлопать крыльями, взлететь и преодолеть по воздуху на глазах изумленной толпы около 200 м.
Если не принимать во внимание колоритную подробность о хлопающих крыльях, можно назвать изобретение Архита первой в мире успешной моделью планера (безмоторного летательного аппарата тяжелее воздуха).
Сегодня об этом событии напоминает лаконичная надпись, оставленная древнеримским писателем Авлом Геллием: «Архит Тарентский, искушенный, помимо прочего, в механике, сделал летающего деревянного голубя».
Как летали в Древнем Китае
Если в Европе полет ассоциировался крыльями и перьями, то для мечтательных китайцев образцом служил дракон. Именно Китай является родиной воздушного змея — летательного аппарата из тонкой материи или бумаги, натянутой на жесткий деревянный каркас. Конструкция удерживается в воздухе за счет давления ветра на ее поверхность.
Родом из Китая и еще одно изобретение, послужившее прототипом аэростата. Китайский полководец и государственный деятель Чжугэ Лян после безуспешных попыток захватить вражеский город решил реализовать необычную задумку.
Военачальник приказал изготовить большое количество плотных бумажных мешков и поместить внутрь каждого горящую масляную лампу. Воздух в мешках начал нагреваться, и вскоре они воспарили над городом. Осажденные, увидев облако летящих на них мерцающих огней, тотчас открыли генералу ворота, решив, что ему помогает некая божественная сила. Произошло это в начале III века.
За хитрость и находчивость современники прозвали Чжугэ Ляна «Невидимым драконом». Его изобретение вошло в историю как китайский фонарик.
В последующих конструкциях вместо мешка использовали легкий деревянный каркас, обтянутый куполом из рисовой бумаги. Масляную лампу заменила горелка из ткани, пропитанной воском. Во избежание воспламенения бумагу обрабатывали специальным негорючим составом. Такие фонарики широко использовались в китайской армии в качестве сигнальных огней.
Крылатые безумцы Средневековья
Первый дельтаплан — летательный аппарат тяжелее воздуха, способный перемещаться по направлению ветра, — сконструировал арабский изобретатель Аббас ибн Фирнас. Это было искусственное крыло из ткани, натянутой на деревянные распорки. В 852 году ибн Фирнас поднял свое творение на минарет Великой мечети в Кордове и бросился с ним вниз.
Полет больше походил на падение, но смельчак остался жив, отделавшись лишь ушибом. В 1003 году попытку ибн Фирнаса повторил Ал-Аббас ибн Саид ал-Джаухари, и вновь приземление «наградило» испытателя синяками. Эти смелые эксперименты вдохновили монаха Эйлмера из британского города Малмсбери на «рискованный и исключительно смелый поступок».
Как описывает летописец Уильям Малмсберийский, Эйлмер взобрался на крышу высокой башни, привязал к рукам и ногам искусственные крылья и, сориентировавшись в направлении морского бриза, ринулся вниз. Ветер пронес его над землей на расстояние «больше фарлонга» (примерно на 201 м). Монах находился в воздухе около 15 с, однако после приземления бедняга не смог подняться: обе ноги были сломаны. Эйлмер навсегда остался хромым, но заслужил прозвище «Летающий монах».
Любители побороться с земным притяжением находились и на Руси. В рукописи святого Даниила Заточника, жившего в XIII веке, говорится о людях, которые «слетают с церкви или с высокого дома на шелковых крыльях».
Первая официально подтвержденная попытка взлететь относится к 1695 году. Некий человек обратился к царю Петру I с просьбой дать денег на изготовление крыльев, на которых можно было бы «летать, как журавль». Получив из казны 18 рублей, изобретатель сделал крылья вначале из слюды, а потом из кожи, однако, как ни старался, сколько ими ни размахивал, так и не смог оторваться от земли.
Замыслы Леонардо да Винчи
Поставить тягу к полету на научную основу впервые попытался великий итальянский ученый, инженер, живописец, архитектор и скульптор Леонардо да Винчи. Он начал с наблюдений за полетом не птицы, а стрекозы. В результате появился чертеж машины, которая по принципу работы напоминала современный вертолет.
Предполагалось, что летательный аппарат будет подниматься вверх с помощью пятиметрового винта из прозрачной льняной материи. Винт, по замыслу Леонардо, должен был приходить в движение за счет мускульной силы четырех человек.
Современные ученые утверждают, что этой силы не хватило бы, чтобы поднять машину в воздух. Однако аппарат вполне мог взлететь, если бы в конструкции использовалась, например, мощная пружина.
Переключившись со стрекоз на птиц, ученый уделил самое пристальное внимание механике их полета. Приблизительно в 1490 году у да Винчи родилась идея махолета, или орнитоптера, — летательного аппарата, подъемная сила которого создается благодаря маховым движениям крыльев.
Леонардо начал с того, что рассчитал силу, необходимую для подъема в воздух человека весом 90 кг. Используя мышцы рук и ног, оснащенных крыльями достаточного размера, человек смог бы взлететь. Оставалось решить, как помочь ему удержаться в воздухе: одной только мускульной силы было недостаточно. Изобретатель думал использовать что-то вроде натянутого лука, а затем и силу раскручиваемой спиральной пружины, но тогда проблемой становилась скорость ее раскручивания.
Так и не найдя разумного решения, ученый оставил мысли о полетах на целых 15 лет, а вернулся к ним с новой идеей: мускульную силу человека должен дополнить ветер. В своих поисках и вычислениях Леонардо пришел к разработке планера — летательного аппарата с плоским крылом, который закреплялся на спине летчика.
Главная и самая широкая часть крыла оставалась неподвижной, но его края могли перемещаться с помощью тросов, тем самым изменяя направление полета. Наконец, изобретением, дошедшим до наших дней практически в неизменном виде, стала придуманная Леонардо да Винчи модель парашюта. Сам ученый описывал его так: «Если у вас есть достаточно льняной ткани, сшитой в пирамиду с основанием в 12 ярдов (приблизительно 7,2 м.), то вы сможете прыгать с любой высоты без всякого вреда для своего тела».
Ни одна из идей великого ученого при его жизни не была осуществлена. Однако не так давно в английском графстве Суррей нашелся некий энтузиаст, построивший планер по чертежам Леонардо да Винчи и только из тех материалов, которые были доступны в те далекие времена. Оказалось, что машина способна подняться в воздух и продержаться 17 с на максимальной высоте 10 м.
Воздушные шары и дирижабли
Изобретателями первого устройства, чей полет по воздуху был подтвержден официальными историческими документами, стали французы, братья Жозеф-Мишель и Жак-Этьенн Монгольфье. Сконструированный ими в 1783 году летательный аппарат представлял собой воздушный шар из холста диаметром 39 футов (около 12 м), оклеенного бумагой.
За 10 мин устройство с почти 200-килограммовым грузом поднялось в воздух, было отнесено ветром на 4200 футов (приблизительно 1280 м), где и опустилось на землю. Вскоре братья отважились поместить в свой летательный аппарат живых «пассажиров» — барана, петуха и утку.
Наконец, 21 ноября 1783 года первый документально подтвержденный полет совершили люди: маркиз Франсуа Лорен д’Арланд и физик Жан-Франсуа Пилатр де Розье.
Очень скоро у братьев появился соперник — французский профессор Жак Александр Сезар Шарль. 27 августа 1783 года на глазах свыше 300 000 зрителей его аэростат поднялся в небо над Марсовым полем в Париже.
В основе устройства лежал принцип, отличный от примененного братьями Монгольфье: шар наполнялся не горячим дымом, а водородом, который изначально легче воздуха. Это позволило избавить летательные аппараты от необходимости поднимать запасы топлива, а пассажиров — от обязанности поддерживать огонь в горелке.
Летательный аппарат профессора Шарля уже имел клапан, позволявший выпускать газ из оболочки и тем самым регулировать высоту полета. Балласт в виде мешков с песком облегчал подъем и опускание, а сетка защищала купол, выполненный из шелковой материи.
На случай аварии шары стали оснащать первыми парашютами — кусками ткани диаметром почти 6 м. Для закрепления шара на одном месте начали использовать якорь. Оставалось изобрести средство управления аэростатом, то есть найти возможность перемещать его независимо от потоков ветра.
Жан-Пьер Франсуа Бланшар 7 января 1785 года перелетел на таком аэростате через пролив Ла-Манш.
В 1802 году Жан Батист Мари Шарль Мёнье предложил оснастить воздушный шар тремя винтами-пропеллерами, управлять которыми должны были 80 человек. Аппарат Мёнье имел эллипсоидную форму для облегчения маневрирования и две оболочки, внешнюю и внутреннюю.
Изменяя объем газа, можно было регулировать высоту полета.
Первый полет человека на таком аппарате состоялся только в 1852 году. С парижского ипподрома стартовал шар Анри Жиффара, вмещавший 2500 м 3 газа, и, невзирая на ветер, стал выполнять различные маневры и повороты.
В 1872 году опыт повторил инженер Станислав-Анри-Лоран Дюпюи де Лом, который пришел к необходимости придать аппарату сплюснутую форму и связать воедино все его части, то есть сам шар и корзину с пассажирами. К главному шару добавился другой, малый, служивший для управления высотой полета. С убыванием воздуха из аэростата аппарат начинал снижаться, при наполнении — вновь подниматься.
В 1881 году Гастон Тиссандье применил для вращения пропеллера динамо-машину Сименса, соединив ее с винтом через зубчатые колеса. Скорость вращения винта выросла до 120-180 об/мин, а скорость движения всей машины составила 3 м/с. Слабым местом конструкции, равно как и всех подобных устройств, оставалось то, что при встречном ветре, достигавшем более высокой скорости, она не могла тронуться с места.
Планеры и беспилотные машины
В то время как приверженцы воздухоплавания совершенствовали привод и улучшали способы управления своими машинами, в мире по-прежнему находились люди, желавшие летать, как птицы, — с помощью крыльев и независимо от воли ветра. К таковым принадлежал британский аристократ Джордж Кейли. В 1799 году он разработал схему планера, уже очень напоминавшего современный. Машина была снабжена хвостовым оперением, которое должно было обеспечить ее управляемость, а пилот помещался ниже центра масс, что способствовало устойчивости аппарата в воздухе.
В 1804 году планер Кейли совершил первый полет. В последующие 50 лет изобретательный лорд продолжил работать над теорией полетов, введя в новую науку — аэродинамику — такие термины, как «подъемная сила» и «лобовое сопротивление».
В своих поисках Кейли вплотную приблизился к идее оснащения летательного аппарата двигателем. В 1849 году он поднял в воздух первую полноценную летающую машину с пороховым двигателем, по одним данным, беспилотную, по другим — с 10-летним пассажиром на борту.
В 1853 году лорд Кейли совершил повторный полет, оснастив машину таким же двигателем и посадив на борт своего кучера. Пролетев по воздуху около 100 м, первый в мире пилотируемым самолет упал на землю. К счастью, кучер остался жив.
В 1848 году соотечественник Кейли Джон Стрингфеллоу испытал свою машину, оснащенную паровым двигателем. Эта модель была беспилотной и, сорвавшись с направляющей проволоки, сумела пролететь около 10 м. В 1868 году французский пилот Жан-Мари Ле Бри впервые сумел подняться на своем летательном аппарате выше стартовой точки. Его машина называлась «Альбатрос» и приводилась в действие с помощью конной тяги. Пилот достиг 100-метровой высоты, преодолев при этом расстояние в 200 м.
В 1874 году соотечественник Жана-Мари Ле Бри Феликс дю Темпл построил большой летательный аппарат из алюминия — моноплан. Размах крыла достиг 13 м, а вес конструкции без пилота составил 80 кг. Планер мог стартовать с высокого трамплина и благополучно приземляться.
Таким образом, к 1880-м годам стало ясно, что создание летающей машины тяжелее воздуха, способной преодолевать значительные расстояния над землей, возможно. Оставалось найти для нее подходящий двигатель.
«Воздушный корабль» А. Ф. Можайского и первый самолет
Александр Фёдорович Можайский родился в семье адмирала русского флота. Еще ребенком был отдан в Морской кадетский корпус. Потом ходил по морям, в своих странствиях добрался до берегов Японии.
В 1863 году при сокращении флота, начавшемся после Крымской войны 1853-1856 годов, был отправлен в отставку. Внезапно бывшим моряком, безвыездно находившимся в своем имении в селе Вороновица Подольской губернии, овладела та же страсть, которая спустя почти 30 лет стала преследовать Отто Лилиенталя. Как человек образованный, А. Ф. Можайский не просто мечтал, следя за полетами птиц, а размышлял и учился. Он начал строить крылатые модели, попутно усваивая новые для себя термины: «подъемная сила», «лобовое сопротивление», «аэродинамическое качество», «угол атаки».
В 1876 году изобретатель совершил полет на воздушном змее, который буксировала телега, запряженная тройкой лошадей. Модели А. Ф. Можайского поднимались в воздух с помощью винтов, приводимых в действие часовой пружиной. Одна из них, под названием «летунья», на глазах у зрителей развила скорость 15 км/ч, подняв при этом в воздух кортик. Стали появляться мысли о полноценном летательном аппарате.
В 1880 году А. Ф. Можайский смог добиться заграничной командировки для заказа в Англии паровых двигателей мощностью 10 и 20 л. с. В 1881 году они были доставлены в Россию. Замысел обретал все более конкретные очертания. В том же году изобретатель получил «привилегию», то есть право на строительство самолета. Ему отвели участок на Красносельском военном поле под Петербургом, однако этим содействие властей ограничилось. По сообщениям одного из очевидцев, «дождь часто поливал и портил машину. Работы шли очень медленно, по случаю безденежья, чего господин Можайский и не скрывал. Никто и не интересовался его работами, и помощи ниоткуда не было».
«Воздушный корабль» Можайского представлял собой лодку, сосновый каркас которой был обтянут шелковой материей, пропитанной для прочности лаком. К бортам крепились два крыла. Двигатели располагались в передней части, больший из них управлял двумя винтами, установленными в прорезях крыльев, а меньший — еще одним, размещенным на носу. «Корабль» имел два руля — вертикальный и горизонтальный, которые приводились в движение тросами из кабины пилота.
Решающее испытание машины состоялось, по-видимому, осенью 1884 года. Ее пилотировал механик А. Ф. Можайского, которому удалось поднять самолет над землей, однако при попытке набрать высоту тот завалился на крыло и начал падать.
Можайский увидел причину неудачи в недостаточной мощности двигателей. Он собирался дополнить больший из них еще двумя. Первый был собран в 1887 году на Обуховском сталелитейном заводе. Работы над вторым сильно затянулись, а в 1890 году изобретатель ушел из жизни. Так и закончились попытки русского моряка подняться в небо.
Самолеты братьев Райт
Первый подробно зафиксированный полет человека на управляемой машине, оснащенной двигателем, состоялся 17 декабря 1903 года.
За рычагами управления сидел, точнее лежал, владелец небольшого завода по производству велосипедов Орвилл Райт. За 12 с он преодолел дистанцию в 37 м. В тот же день его младший брат и партнер по бизнесу Уилбур смог за 1 мин пролететь 260 м.
Братья впервые применили схему перекашивания крыла для автоматического выравнивания машины. Она, таким образом, стала первой управляемой относительно всех трех осей. Пилот в машине лежал и воздействовал на крылья движениями бедер. Перед ним находились два рычага: один — для регулирования высоты, второй — для управления двигателем. Последний через цепные передачи приводил в движение два пропеллера диаметром 2,6 м.
В сентябре 1904 года братья испытали следующую модель — «Флайер-2». Ее вели уже два двигателя мощностью по 15 л. с., а для старта использовалась катапульта. В 1905 году появился «Флайер-3», который мог находиться в полете более получаса и преодолевать около 40 км. Можно сказать, что это была первая в мире крылатая машина, подходящая для серьезного практического применения. Так был сделан важный шаг от эпохи попыток полета к эпохе самих полетов.
Рождение авиации
Бразилец Альберто Сантос-Дюмон 13 сентября 1906 года совершил первый публичный полет над Парижем. В отличие от братьев Райт с их «Флайером-2», ему не нужны были ни катапульта, ни встречный ветер для разгона, поэтому именно его полет иногда называют первым в истории современной авиации. В моду начали входить разного рода авиашоу и соревнования в воздухе.
В январе 1908 года французский авиатор Анри Фарман победил в состязании на дальность полета, установив рекорд в 1 км (судьи не знали, что тремя годами ранее Орвилл Райт уже пролетел над просторами прерий почти 39 км). В это время желание заполучить летательный аппарат тяжелее воздуха вновь выразили британские военные. Теперь за дело взялся конструктор Джон Уильям Данн. В декабре 1908 года его аппарат D5 показал гораздо более высокую стабильность полета, чем даже та, которую демонстрировали творения братьев. Последние, впрочем, в необъявленном состязании двух континентов в мае того же года впервые взяли на борт пассажира, некоего Чарли Фёрнаса.
В июле 1908 года Леон Делагранж, желая превзойти их достижение, пролетел в Милане 200 м с женщиной на борту, а 17 сентября 1908 года случилась первая авиакатастрофа, повлекшая человеческие жертвы. При крушении самолета, которым управлял Орвилл Райт, демонстрируя его качества перед американскими военными, погиб Томас Селфридж, находившийся на борту. Мир точно замер в ожидании какого-то значимого события, которое дало бы понять, что авиация как новый род человеческой деятельности состоялась.
В том же 1908 году издатель английской газеты «Дейли Мэйл» лорд Нортклифф объявил о премии в 1000 фунтов стерлингов тому, кто первым перелетит Ла-Манш на самолете. Райт не стал участвовать в гонке и вернулся к своему бизнесу в Соединенных Штатах.
В июле 1909 года в воздух поднялся молодой француз Юбер Латам, но мотор его машины заглох на полпути, и пилот упал в пролив. Беднягу вытаскивали из воды французские моряки.
Следующим 25 июля 1909 года стартовал летательный аппарат 37-летнего Луи Блерио. Поначалу ветер отнес его на север, и пилоту пришлось выравнивать курс. В итоге, проведя в полете 37 мин и преодолев 23 мили, Блерио благополучно приземлился в Англии. После этого все сомнения в способности авиации справляться с серьезными задачами исчезли.
Ценность победы Блерио состояла еще и в том, что была одержана на моноплане, любимом детище французских авиаторов, в то время как англичане и американцы предпочитали биплан. За последующий месяц Блерио получил сотню заказов на производство машины, которая была его 11-й по счету моделью. Если братья Райт годами совершенствовали свои самолеты, то французский пилот предпочитал их менять.
«Блерио XI» стал самым знаменитым из них. В следующем году пилот установил на нем два мировых рекорда скорости, развив вначале 74 км/ч, а затем 77 км/ч. Последний результат Луи Блерио продемонстрировал на глазах полумиллиона зрителей в ходе показательных выступлений в Реймсе, одержав верх над Гленом Кертисом. Еще через год скорость «Блерио» превысила 100 км/ч. Самолет становился самым быстрым транспортным средством, известным человеку.
В России следующим после А. Ф. Можайского сконструировать самолет попытался Е. П. Сверчков в 1909 году. Испытания прошли неудачно: аппарат не то что не смог оторваться от земли, а даже не сдвинулся с места. В 1912-1913 годах И. И. Сикорский создал первый в мире четырехмоторный самолет «Русский витязь», предназначенный для стратегической разведки. В возможность полета такой машины не верили даже специалисты, однако 23 июля 1913 года самолет с четырьмя двигателями, установленными в один ряд и вращавшими каждый свой винт (абсолютное техническое новшество того времени), поднялся в воздух и показал прекрасную управляемость.