Летательные аппараты. Грезы о полете. Орнитоптеры и самолет
Летательные аппараты. Грезы о полете. Орнитоптеры и самолет
Идея создать машину, которая поможет человеку подняться в воздух, буквально преследовала Леонардо всю жизнь. Много часов он наблюдал за полетом птиц, изучал их анатомию. Как механик Мастер пытался придумать механизм, которым человек должен был управлять с помощью рук и ног, приводя в движения машущие крылья. Большинство летательных механизмов Мастера – орнитоптеры, то есть машины, которые помог ли бы человеку уподобиться птице. Предполагалось, что человек поднимется в воздух, взмахивая крыльями, как большой орел.
Леонардо да Винчи. Рисунок вертикального орнитоптера. Перо, чернила. Здесь человек сидит в машине и приводит в движение педали. Механизм помещался внутри кожуха в форме шара. Это скорее фантазии на тему полета, нежели реальный чертеж машины
Леонардо построил испытательный стенд с крылом, пытаясь выяснить, как же поднять человека в воздух. Воссозданные по чертежам Леонардо модели орнитоптеров не могут летать – но они в малейших деталях воспроизводят движения птичьих крыльев.
Механизмы, в которых человек приводит крылья движениями рук и ног, можно встретить в записях Леонардо в различных вариантах. Иногда это одна пара крыльев, иногда две. Один из проектов – рисунок летательного аппарата, в котором человек должен был лежать, продев ноги в устройства, напоминающие стремена, – одна нога поднимает крыло, другая опускает. Проще сказать: человек лежа крутит педали, а привод с помощью тросов и рычагов заставляет двигаться крылья. Это похоже на воздушный корабль, сев на который, человек станет грести по воздуху, как по воде.
У да Винчи есть еще один вариант орнитоптера – когда две пары крыльев приводятся в движение как руками, так и ногами. При этом человек поднимает крылья руками с помощью барабана, а опускает ногами. Человек опять же находится в аппарате лежа. Но Леонардо довольно скоро понял, что человеку попросту не хватит силы мышц, чтобы привести в движение крылья со скоростью, достаточной, чтобы поднять его в воздух. В самом деле, парадокс заключается в том, что довольно простые расчеты показывают: размахивать такими крыльями может только тяжеловес, но при этом его усилий хватит лишь на то, чтобы поднять в воздух щуплого парнишку. То есть, если бы один человек мог махать за другого, то человек давно бы летал, как птица. Но физику не обманешь, в отличие от учителя физики, когда ученик выдает списанное решение за свое.
Придя к столь неутешительным выводам (имеется в виду – нехватка мускульной силы), Мастер стал искать механизмы, способные помочь в этом человеку. На одном из рисунков появился механизм, в котором используются пружины. Сама схема, придуманная Леонардо, с точки зрения механики, была оригинальной, но опять же не имела практического воплощения.
В конце концов Леонардо отказался от идеи машущего крыла и стал думать о крыле планирующем. На одной странице с его записями изображен планирующий лист и рядом – изображение неподвижного крыла. Так в его фантазиях явился механизм, напоминающий современный дельтаплан. Для того чтобы управлять планером, использовался механизм балансировки и подвижное крыло. Сохранился рисунок, на котором человек расположен в подвеске, чем-то напоминающей нынешнюю подвеску дельтаплана. Правда, пилот изображен вертикально. Мастер исследовал равновесие планера – тот должен быть построен из бамбука и с оттяжками из сырого шелка или из кожи. Человек располагался намного ниже этой плоскости, что позволяло уравновесить конструкцию.
Реконструкция орнитоптера Леонардо, получившего наименование «Большая птица». Википедия. В данной конструкции Леонардо тщательно сымитировал движения птичьих крыльев
Уже в наше время в Великобритании из материалов времен Леонардо построили «дельтаплан» по его чертежам, и аппарат с успехом прошел испытания на меловых утесах Англии.
Без сомнения, Леонардо ставил перед собой задачу, которую невозможно было решить, имея в распоряжении технологии XV века. Разрабатывая конструкции своих летательных аппаратов, да Винчи рассчитывал только на силу человека, пытаясь максимально использовать мышцы пилота, заставляя его работать руками, ногами, и даже – головой. Не в смысле соображать, а в прямом – использовать голову как часть привода. Но, как бы ни старался Леонардо, в его время полет был невозможен – в распоряжении великого Мастера не было двигателя и необходимых легких материалов, чтобы создать летательный аппарат. Свои модели Леонардо предполагал строить из дерева и ткани. Хотя планер, пожалуй, создать было возможно.
Первые полеты человек совершил на воздушных шарах спустя три века после Леонардо. В 1783 году поднялся в воздух сначала воздушный шар братьев Монгольфье, наполненный нагретым воздухом, а затем, в том же году, – наполненный водородом аэростат Жака Александра Сезара Шарля. И хотя можно было кое-как управлять воздушным шаром (например, использовать мешки с балластом и якорь), все равно это был полет по воле воздушных течений – шар летел туда, куда гнал его ветер, а не туда, куда планировал направить его человек. Скорее, это могло стать развлечением, упоением полетом как таковым, нежели имело практическое значение.
Только в 1852 году был создан аппарат, которым можно было управлять, – так появился дирижабль, летательный аппарат сигарообразной формы, с винтом, который приводила в движение паровая машина.
В 80-х годах XIX века начинается «битва за небо». Ученые, соревнуясь друг с другом, сооружают летательные аппараты один чуднее другого. Параллельно начинается разработка теории. Именно в это время появляются пригодные для полетов планеры[48].
Как вы понимаете, сам по себе планер отправиться в полет не может – его надо разогнать с помощью лебедки или столкнуть с наветренной стороны горы. Первый планер современного типа, поднявший человека в воздух, сконструировал английский ученый и изобретатель Джордж Кейли в 1853 году.
В 1882 году Александр Можайский создал и испытал моноплан с двумя паровыми машинами. Смогла ли эта конструкция оторваться от земли, так точно и неизвестно. Испытания в итоге закончились катастрофой. А для продолжения исследований денег, к сожалению, не нашлось.
Первые авиационные моторы – это громоздкие и тяжелые паровые машины. Проект первого аэроплана с мотором такого типа принадлежит немцу Фридриху Маттису. В центре ромбовидного крыла самолета Маттис предполагал разместить тяжелый двигатель. Его конструкция так и осталась на бумаге и вскоре была забыта. Более продуманно подошел к своему делу ученый из Великобритании Уильям Хенсон. Этот аппарат имел паровой двигатель мощностью около 30 лошадиных сил, двигатель приводил в действие воздушные винты диаметром чуть более трех метров. Для того чтобы уменьшить вес машины, англичанин предложил заменить обычный котел системой сосудов конической формы и использовать воздушный конденсатор. В 1844–1847 годах Хенсон произвел несколько испытаний своих аэропланов. Но и они все закончились неудачно. Слава создателя первого самолета, оторвавшегося от земли, принадлежит британцу Джону Стрингфеллоу. Однако такая машина по-прежнему не могла реально покорить небо. На исходе XIX века созданием аэропланов с паровыми двигателями увлекся «пушечный король» Хайрем Максим. Он решил не тратить время на опыты и сразу же приступил к строительству самолета. Его аппарат был снабжен паровой машиной мощностью уже в 360 лошадиных сил, а размерами его «чудище» походило на двухэтажный дом. Самолет весил три с половинной тонны! В итоге эта громадина, на мгновение оторвавшись от земли, тут же рухнула и превратилась в обломки. Таких охотников взлететь, не тратя время на инженерные изыскания, нашлось немало. Французский инженер Клеман Адер решил взять количеством и построил сразу несколько аэропланов, которые в итоге не мог ли летать. Когда лучший из его выводка, «Авион-три», разбился в присутствии государственной комиссии, горе-инженер сжег все свои чертежи аэропланов и переключился на автомобили. В итоге к концу XIX столетия изобретатели и конструкторы поняли, что из-за своих размеров и массы паровые двигатели невозможно применить в самолетостроении. Хотя об этом догадывались и раньше, пытаясь приспособить на аэроплан электрический мотор.
Первыми летательными аппаратами, которые стали выполнять регулярные рейсы, были дирижабли.
Однако в начале XX века у дирижаблей появился новый конкурент. После того как создали легкий и надежный двигатель внутреннего сгорания, многие конструкторы вновь занялись проектированием аппаратов тяжелее воздуха. Результат не заставил себя долго ждать: 17 декабря 1903 года поднялся в небо самолет братьев Райт. Он был снабжен бензиновым двигателем с двумя цилиндрами, расположенными горизонтально.
Для того чтобы самолет не только оторвался от земли, но и полетел, необходимо было решить две важнейшие проблемы – создать двигатель, способный поднять в воздух конструкцию тяжелее воздуха, и найти способ управлять аппаратом в воздухе. Братья Райт создали необходимый двигатель и решили вопрос управления с помощью «перекоса крыла». Этот принцип использовался недолго, вскоре были изобретены элероны. Но самолеты не сразу безраздельно покорили небо. Еще долго продолжалось соревнование, кто же будет царить в небе – дирижабль или самолет.
Дирижабль – летательный аппарат легче воздуха, он «плавает» в атмосфере за счет выталкивающей силы, так что газ в оболочке должен быть легким, по плотности меньше плотности атмосферы. Обычно оболочка дирижабля наполняется водородом или гелием. Однако водород легко воспламеняется. Гелий – инертный газ и потому безопасен, но это редкий и дорогой газ, в начале XX века его запасами располагали, в основном, Соединенные Штаты Америки, так что Европе приходилось довольствоваться водородом. Приходилось очень тщательно соблюдать технику пожарной безопасности: при посадке на дирижабль пассажиры сдавали спички и зажигалки.
Путешествие в дирижабле в начале XX века по комфортабельности значительно превосходило даже нынешние самолеты, не говоря о первых конструкциях в стиле братьев Райт. На пассажирском дирижабле имелись ресторан с кухней и салон для отдыха. Знаменитый цеппелин[49] «Гинденбург» был оборудован небольшим, специально изготовленным для дирижабля облегченным роялем.
И хотя дирижабли долгое время успешно конкурировали с самолетами, поскольку в то время могли переносить куда большие грузы, нежели самолеты, все равно аппараты тяжелее воздуха выиграли битву за воздух.
Считается, что эпоха дирижаблей закончилась, когда при посадке в Лейкхерсте (США) сгорел немецкий пассажирский дирижабль «Гинденбург». Вечером 3 мая 1937 года «Гинденбург» вылетел из Германии и взял курс на запад. Он пересек Атлантический океан, и уже 6 мая его пассажиры увидели Манхэттен. Желая угодить пассажирам, а заодно похвастаться цеппелином перед американцами, капитан сделал круг над городом. После этого дирижабль направился в сторону базы Лейкхерст. Посадку осложнило приближение грозового фронта. Во время посадки произошло возгорание, за 15 секунд огонь распространился по дирижаблю, и произошел взрыв, еще через 15 секунд «Гинденбург» рухнул на землю рядом со швартовочной мачтой. При крушении погибли 36 человек. Независимо от того, что послужило причиной возгорания, катастрофа «Гинденбурга» привела к прекращению строительства пассажирских дирижаблей. Отныне небо всецело принадлежало самолетам. Дирижабли на гелии использовались только для разведки во время войны.
За время между Мировыми войнами в технологии самолетостроения произошел огромный прогресс. Первые самолеты строились из древесины и ткани, но теперь конструкторы перешли к почти полностью алюминиевому фюзеляжу. Все знают, что алюминий – очень мягкий материал, алюминиевую ложку или вилку можно согнуть руками без особых усилий, и для корпуса самолета чистый алюминий не подходит. Но немецкие инженеры придумали сплав алюминия с медью и марганцем, такой сплав после термической обработки приобретает свойства, необходимые для авиастроения. Это – дюралюминий (дюраль в просторечии), по названию города Дюрен, где было налажено его производство. Из этого сплава в 1917 году немецкая фирма «Юнкерс» построила цельнометаллический моноплан.
Развитие двигателей для самолетов также шло быстрыми темпами. Движущей силой в развитии самолетостроения не последнюю роль играли многочисленные призы за рекорды скорости и дальности.
Итак, мы видим, что для решения тех проблем, над которыми бился Леонардо, понадобились годы непрерывного труда ученых и инженеров, создание новых теорий, новых конструкций, новых двигателей и новых материалов. Ничего этого не было в распоряжении Мастера в XV веке. Промышленная революция дала все это, а также – преемственность знаний, когда один исследователь или конструктор может продолжить работу там, где ее закончил другой.
Однако Леонардо оставил нам то, что, быть может, не менее важно, чем достижение всех промышленных революций, – веру в безграничные возможности человека.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.