История идеи – летать.
Широко известна легенда о британском короле Бладуде, который с детства мечтал о полетах. Он сделал крылья, действующие по принципу птичьих, то есть при помощи маховых движений. Материалом для них послужили прутья, ремни и перья. Использование птичьих перьев должно было помогать полету за счет воздуха, содержащегося внутри них.
В прекрасный солнечный день Бладуд решил испробовать свое изобретение. Поднявшись на высокую дворцовую башню, он спрыгнул вниз и замахал крыльями. Однако земное притяжение оказалось сильнее, и король рухнул на землю.
Между тем смерть Бладуда не остановила экспериментаторов. Люди продолжали изобретать различные летательные приспособления и испытывать их.
В многочисленных источниках имеются сведения о полетах после прыжка с высоты.
В XI в. английский монах Эйлмер из Малмесбюри спланировал с башни аббатства. Ему удалось пролететь несколько метров, после чего он рухнул на землю.
В результате монах сломал обе ноги, но все же остался в живых. Его полет положил начало многочисленным экспериментам.
Однако первое документальное подтверждение попытки полета на крыльях в Российской империи относится к 1695 г. Тогда никому не известный изобретатель обратился к царю с просьбой выдать ему деньги на создание летательного приспособления. Его просьбу удовлетворили — из казны было выделено 18 рублей, и изобретатель приступил к работе. В ход пошли прутья, слюда, а затем кожа, но никто так и не увидел полета крылатого человека.
Примечательно, что, помимо традиционных перьев, для создания крыльев использовали и другие материалы, в первую очередь ткань, кожу и дерево.
Однако все попытки взлететь в небо на таких приспособлениях заканчивались гибелью или увечьем очередного икара.
Новые проекты создания летательных аппаратов разрабатывались на протяжении всего Средневековья. Уже тогда изобретатели начали понимать, что хвостовое оперение просто необходимо для полетов. Ведь у птиц именно эта часть тела выполняет роль рулевого управления и балансировочного груза.
Первые летательные приспособления представляли собой некий придаток естественных человеческих органов. Технический прогресс в период Средневековья позволил приступить к разработке проектов более сложных аппаратов для полетов.
На смену идеи человека-птицы пришла идея летающей повозки, упоминания о которой сохранились еще в греческих, китайских и индийских мифических сказаниях. Принцип действия таких повозок заключался в следующем: человек располагался внутри аппарата и определенными манипуляциями с передаточным механизмом приводил в движение крылья. Предполагалось, что таким образом человек сможет повысить эффективность своих мускулов и наконец-то подняться в небо.
Первый реактивный самолет, согласно легенде, появился в 1500 г. Именно тогда китайский генерал Ван-Ху установил на воздушном змее пороховые ракеты и предпринял попытку подняться в воздух на этом летательном устройстве. Результаты эксперимента оказались весьма печальными — порох взорвался, а экспериментатор погиб. Однако отсутствие документальных подтверждений этого события не позволяет рассматривать его как исторический факт.
Идея летательного аппарата с машущими крыльями зародилась в голове знаменитого английского философа и естествоиспытателя, монаха-францисканца Роджера Бэкона. В его труде «О тайных вещах в искусстве и природе», опубликованном в 1542 г., говорилось: «Можно построить машины, сидя в которых, человек, вращая приспособление, приводящее в движение искусственные крылья, заставлял бы ударять их по воздуху, подобно птичьим». Однако это были лишь общие фразы. Бэкон не предложил конкретных проектов для реализации этой идеи.
Через два столетия «летающими повозками» заинтересовался легендарный Леонардо да Винчи, который, в отличие от Бэкона, детально разработал проекты нескольких типов орнитоптеров: с лежачим положением летчика (1485—1487 гг.), орнитоптер-лодку (около 1487 г.), с вертикальным расположением летчика (1495—1497 гг.) и др.
Леонардо принадлежит ряд замечательных конструктивных идей. Например, создание фюзеляжа (корпуса летательного аппарата) в форме лодки, использование поворотного хвостового оперения и убирающегося шасси. Помимо этого, в проектах предполагалось действовать и руками, и ногами, что позволило бы увеличить мощность взмахов крыльев аппарата.
Леонардо да Винчи принадлежит и идея создания орнитоптера, в качестве источника энергии которого выступал бы туго натянутый лук. Но в том случае, если бы проект ученого был реализован и машина построена, попытка все равно закончилась бы неудачей. Ее вес превысил бы 600 фунтов (272 кг), то есть она оказалась бы слишком тяжелой, чтобы подняться в воздух.
Многолетние наблюдения за неподвижным зависанием птиц в воздухе позволили Леонардо обосновать принцип аэродинамического способа управления (изменение положения центра давления относительно центра тяжести) и сделать вывод о важности низкого расположения центра тяжести для обеспечения лучшей устойчивости в полете.
Леонардо да Винчи так и не сумел разработать проект летательного аппарата с полностью неподвижным крылом — прототипа современного планера или самолета. Но анализ его творчества позволяет думать, что талантливый изобретатель был близок к этому.
В конце XVII столетия ученые Д. Борелли и Р. Гук попытались научно обосновать бесплодность экспериментов с использованием орнитоптеров-мускулолетов.
Опытным путем им удалось доказать, что весовые и энергетические характеристики человека значительно отличаются от соответствующих параметров птицы, вследствие этого человек не может подняться в воздух при помощи искусственных крыльев.
В рассматриваемый период тормозом для развития авиастроения являлся недостаток научных знаний и механизмов. Благодаря принципу собирания механической энергии при помощи туго натянутого лука или пружины удавалось получить импульс, достаточный лишь для очень кратковременного полета.
Особого интереса для изобретателей он не представлял.
Английскому ученому Д. Уилкинзу принадлежит идея использования в летательной машине энергии пара, однако первые пароатмосферные аппараты были слишком тяжелы, вследствие чего не пригодны для поднятий в воздух. Безуспешной оказалась и попытка создания легкого поршневого двигателя, работающего от взрывов пороха.
Таким образом, ученым удалось привести веские аргументы о невозможности полета с искусственными крыльями, приводимыми в движение маховыми движениями рук. В результате количество подобных попыток значительно уменьшилось: в 1580—1679 гг. их насчитывалось четырнадцать, а в XVIII столетии — лишь семь. К тому же церковь, считающая полет человека грехом, препятствовала реализации новых проектов.
Кризис идеи «чистого» орнитоптера способствовал зарождению мысли об использовании наряду с подвижными частями неподвижной аэродинамической поверхности. Разработки в этом направлении положили начало развитию идеи создания самолета.
Первые летательные аппараты.
Уже в 1647 г. первая модель аэроплана с мотором совершила полет. Ее разработчиком являлся итальянец Титус Ливио Бураттини, живший в то время при дворе польского короля Владислава IV. До настоящего времени сохранилось описание этого летательного аппарата: он имел четыре пары крыльев, расположенных вдоль фюзеляжа, и хвостовое оперение. Две средние пары были неподвижны, движение же по принципу орнитоптера осуществлялось за счет пружин, установленных на передней и задней парах крыльев. Через восемь лет англичанину Роберту Гуку удалось повторить этот эксперимент и запустить в воздух свою модель орнитоптера.
Многие историки авиации называют проект летательного аппарата Эммануэля Сведенборга, опубликованный в 1716 г., рациональным. В описании этого приспособления фигурировала жесткая неподвижная поверхность, служащая для возникновения необходимой подъемной силы при взаимодействии с набегающим потоком воздуха, то есть выполняющая ту же роль, что и крыло самолета. Тем не менее, для осуществления подъема и перемещения машины в воздухе следовало воспользоваться подвижными крыльями, приводимыми в движение человеком. Устойчивость в полете должен был обеспечивать подвешенный снизу к крылу груз. Предполагалось, что вес подобного летательного аппарата вместе с человеком составит 180 кг.
В проекте Сведенборга учитывались многие особенности, присущие конструкциям самолетов: несущая поверхность с искривленным профилем, ортогональный силовой набор крыла, шасси, руль направления. Несмотря на то, что ряд недостатков не позволял летательному аппарату подняться в воздух, проект мускулолета, снабженного неподвижным крылом, явился значительным шагом на пути создания современных самолетов.
В 1763 г. проект подобного аппарата для поднятия в воздух представил на рассмотрение М. Бауэр. В отличие от модели Сведенборга мускулолет немецкого изобретателя весил всего 20—25 кг. Его крыло было выполнено в форме прямоугольника и поддерживалось проволочными расчалками, прикрепленными к корпусу экспериментальной модели и четырем мачтам. Но существенным элементом мускулолета Бауэра являлся пропеллер, состоящий из шестнадцати подвижных крыльев, вращающихся относительно поперечной оси модели.
Таким образом, это был первый проект пилотируемого летательного аппарата с неподвижным крылом, приводимого в движение пропеллером. Однако идея Бауэра не нашла горячих поклонников, и реализовать проект не удалось. Обнаруженный в 1921 г. проект, прогрессивный для своего времени, оказался безнадежно устаревшим для XX столетия.
В конце XVIII в. многие изобретатели вновь обратились к идее создания летательного аппарата тяжелее воздуха с неподвижным крылом. Одним из таких людей являлся англичанин Д. Кейли. В его проекте, который, так же как и все предыдущие, обладал рядом недостатков (отсутствие двигателя, плохие несущие свойства крыла), фигурировали основные элементы самолета — неподвижное крыло, фюзеляж, хвостовое оперение, колесное шасси.
Кейли называют родоначальником научного этапа в развитии самолетостроения. Его опыты на ротативной машине в 1804 г. стали первыми аэродинамическими экспериментами, благодаря которым удалось с точностью определить подъемную силу, развиваемую крылом малого удлинения при различной скорости движения и углах воздействия на него. При испытании модели планера удалось установить значения коэффициента подъемной силы, а в 1808 г. определить точки приложения подъемной силы.
Первым среди известных проектов самолетов с двигателем является летательный аппарат Ф. Маттиса, оснащенный плоским ромбовидным крылом, которое поддерживалось лонжероном переменного сечения и расчалками. В центре крыла располагалась паровая машина, а впереди имелась кабина для летчика и пассажира. При помощи рулей высоты и направления осуществлялось управление аппаратом, для взлета и посадки предназначалось колесное шасси.
Машущая поверхность под фюзеляжем обеспечивала оптимальное передвижение в воздушном пространстве. Предполагалось также создание специальной платформы для взлета. Однако летательный аппарат Маттиса был несовершенен, поскольку пропеллер и маленькие крылья не отвечали требованиям аэродинамики. О существовании этого проекта долгое время не знали даже немецкие историки авиации.
В Англии также предпринимались попытки создания самолета с паровым двигателем. Проект У. Хенсона явился первым принципиально верным в техническом отношении проектом самолета, о существовании которого знали многие историки авиации.
Летательный аппарат Хенсона имел соединенные расчалками крылья с постоянной хордой (при их изготовлении использовались лонжероны, изогнутые нервюры и двойная обшивка), закрытый фюзеляж с кабинами для экипажа и пассажиров, отсеки для двигателя и трехколесного неубирающегося шасси, вертикальный киль и хвостовое оперение большой площади. Предполагалось, что владельцем этой модели станет первая в мире авиакомпания «Эриел Транзит Компани» (ее открытие планировалось в ближайшем будущем), и самолет будет называться «Эриел Стим Кэрридж».
Хенсон является первым изобретателем, предложившим использование на самолете винтового пропеллера и крыла большого удлинения. Он также высказал предложение использовать для облегчения взлета самолета наклонную плоскость. В 1937 г. эту идею взяли на вооружение советские авиаторы, летающие на тяжело нагруженных машинах. К сожалению, все запуски опытной модели Хенсона, проводимые с 1844 по 1847 г., окончились неудачей. Тем не менее, проект изобретателя явился выдающимся достижением технической мысли, содержащим огромное количество прогрессивных для своего времени конструкторских идей.
Продолжателем дела Хенсона стал Джон Стрингфеллоу. По мнению многих исследователей, именно ему принадлежит создание модели аэроплана с двигателем, совершившей первый удачный полет. Воспользовавшись идеями прославленного соотечественника, Стрингфеллоу разработал собственный проект самолета, в котором предусматривалось использование крыла с изогнутым профилем размахом 3,2 м. В 1848 г. новый летательный аппарат поднялся в воздух, но долго продержаться на высоте не смог.
Стрингфеллоу прославился и как разработчик модели триплана, показ которой состоялся на первой аэронавтической выставке, проходившей в лондонском Кристал Паласе в 1868 г. Изобретателю удалось реализовать концепцию прямых крыльев, расположенных одно над другим в три яруса.
Не только в Англии и Германии осуществлялись разработки проектов самолетов. В 1853 г. француз М. Лу представил широкой публике проект птицевидного самолета, движущегося по небу при помощи двух винтовых пропеллеров большого диаметра, расположенных в вырезах крыла.
В данной конструкции предусматривались рули высоты и направления, колесное шасси, проволочные расчалки для крепления крыла и закрытый фюзеляж с двигателем в центральной части. По идее изобретателя взлет должен был производиться с естественной возвышенности, а наклонная поверхность обеспечивала бы оптимальную скорость, поддерживаемую после поднятия в воздух работой двигателя.
Через некоторое время проект птицеподобного летательного аппарата с мускульным приводом пропеллера разработал Г. Карлингфорд. Конечно, идея мускулолета к XIX столетию безнадежно устарела, однако в проекте английского изобретателя содержался ряд новых конструктивных предложений, например использование тянущего пропеллера и старт с использованием катапульты. Эти идеи получили развитие уже в начале XX в. в проектах братьев Райт.
В 1857—1858 гг. удачно завершился полет аэроплана Феликса дю Тампля де ла Круа. В своем проекте француз использовал новые конструкторские решения, в частности применение электрического мотора, приводимого в движение деревянным двенадцатилопастным винтом диаметром 4 м, установленным в носовой части фюзеляжа. Он также предложил заменить обычное крыло более упругим для обеспечения автоматической балансировки самолета, но в дальнейшем эта идея не нашла применения. Другие нововведения дю Тампля — свободнонесущее крыло, убирающееся шасси с амортизацией, использование алюминиевого фюзеляжа — были реализованы в самолетостроении много лет спустя.
1865 г. можно назвать датой создания проекта реактивного самолета в современном понимании этого слова. Шарль де Луврие назвал свою модель «Аэронав». Она имела куполообразное крыло, установленное на подкосах на колесной тележке со сдвоенными инжекторными трубками. Предполагалось, что именно в них будет сжигаться распыленное масло или иное подобное ему топливо. Однако проект так и не удалось воплотить в жизнь.
В России.
Первая в мире документированная практическая разработка летательного аппарата тяжелее воздуха была выполнена великим русским ученым М. В. Ломоносовым.
В 1754 г. он построил модель, работавшую по принципу вертолета с соосными винтами, которая должна была летать.
Мысль о такой машине возникла у Ломоносова в связи с его работами по физике и метеорологии. Он изыскивал средство, с помощью которого можно было бы поднять над землей метеорологические регистрирующие приборы. Летательные аппараты легче воздуха тогда еще не имели практического применения, и ученый обратился к идее создания летательной машины тяжелее воздуха.
В 1860-м гг изобретатель А. В. Эвальд предоставил публике описание «идеального проекта самолета», в котором были предусмотрены все необходимые для полета элементы: двигатель, крыло, пропеллер, обтекаемая форма, обеспечивающая малое лобовое сопротивление, фрагменты для достижения устойчивости и рулевое управление. Но это не был проект с детальной разработкой конструкции летательного аппарата с паровым двигателем.
Автором первого технического проекта самолета в России является артиллерийский офицер Н. А. Телешов. Вместе с двумя компаньонами он оформил за границей патент на сконструированный им многоместный пассажирский летательный аппарат с паровым двигателем и сигарообразным фюзеляжем. Внутри корпуса на верхней и нижней палубах предполагалось разместить места для пассажиров и багажный отсек. В центре должна была стоять двухцилиндровая паровая машина, штоки поворотных цилиндров которой воздействовали непосредственно на вал пропеллера, благодаря чему уменьшался вес самого двигателя.
К верхней части фюзеляжа присоединялась несущая поверхность в форме шестиугольника, обтянутого с двух сторон материалом. Предполагалось осуществлять управление при помощи рулей высоты и направления, а для балансировки в полете воспользоваться весовым регулятором. Очевидно, что многие конструкторские решения Телешов позаимствовал в судостроении. Однако данный проект осуществить на практике оказалось невозможно.
Особое слово в области самолетостроения сказал А. Ф. Можайский. Известно, что в 1877 г. он предложил Военному министерству Российской империи осуществить постройку самолета. В предложенном им проекте говорилось о моноплане с одним тянущим и двумя толкающими винтами, с крылом в виде плоскости небольшого удлинения. Изобретателю пришлось строить полноразмерный самолет на свои собственные средства, поскольку правительство не оценило перспективности его идеи.
Тем не менее все финансовые затруднения оказались разрешенными, и к 1883 г. был создан расчалочный моноплан с двумя паровыми двигателями и тремя винтами (один спереди и два по бокам). Фюзеляж, в котором размещались паровые двигатели (в носовой и центральной частях), котел, баки с нефтью, приборы и сиденья для экипажа, представлял собой лодку с деревянным каркасом и полотняной обшивкой. Прямоугольное деревянное крыло небольшого удлинения, выполненное по типу «чайка» (слегка выгнутое выпуклостью вверх), имело многолонжеронную конструкцию и шелковую обшивку, пропитанную лаком для обеспечения воздухонепроницаемости.
Несущие поверхности поддерживали стальные растяжки, соединенные с мачтами на фюзеляже и со стойками шасси. Хвостовое оперение представляло собой два перекручивающихся руля управления. Самолет поднимался в воздух после длительного разбега по деревянным рельсам.
В газетных заметках за 1909 г. содержатся сведения о пробном полете моноплана Можайского, который закончился аварией. Однако некоторые исследователи считают, что этому летательному аппарату так и не удалось оторваться от земли. Несмотря на ряд недочетов, конструкция Можайского была выполнена технически грамотно для своего времени.
В США
В США самолетами заинтересовались лишь в 1870-х гг. Первое описание этих летательных аппаратов в американской прессе относится к 1876 г. А уже через год американец Ф. Барнетт получил патент на свое изобретение — моноплан с мускульным приводом винтов.
1870 г. ознаменовался появлением проекта винтомоторного самолета типа «бесхвостка», создателем которого является английский изобретатель Р. Харт.
Он хотел изготовить модель с прямоугольным крылом, толкающим винтом, приводимым в движение паровым или мускульным двигателем.
Для балансировки предполагалось перемещать центр тяжести моноплана, а управление осуществлять при помощи отклоняемых поверхностей, находящихся на задней кромке крыла. Действуя одновременно, закрылки функционировали как рули высоты, при раздельном действии они служили аэродинамическими тормозами для создания моментов рысканья. Уравновешивание реактивного момента пропеллера создавалось за счет дифференциального отклонения закрылков.
В проекте Харта содержится ряд конструкторских нововведений: использование аэродинамических тормозов, автоматическое изменение шага винта в зависимости от скорости вращения. Однако изобретатель не сумел правильно решить проблему устойчивости летательного аппарата без горизонтального оперения. Только в 1876 г. французский конструктор А. Пено справился с этой задачей и получил патент на «бесхвостый» самолет-амфибию с паровым двигателем и фюзеляжем в виде лодки.
Пено предложил ряд прогрессивных для своего времени конструкционных идей: совместная работа многолонжеронного крыла с металлической обшивкой и основного силового набора; остекление кабины пилота; единая ручка управления высотой и направлением полета; панель приборов (магнитный компас, барометрический альтиметр, анемометр, датчик угла тангажа) и автопилот, состоящий из различных датчиков и электромеханизма, отклоняющего рули направления и высоты. В данной модели предусматривалось также четырехколесное убирающееся шасси с резиновой или пневматической амортизацией, а в задней части фюзеляжа — костыль, предохраняющий от повреждений.
По проекту самолет Пено мог взлетать и с воды, для чего должен был глиссировать на днище фюзеляжа или на подводных крыльях, представляющих собой наклонные металлические поверхности. Установленные под крыльями поплавки позволяли летательному аппарату спокойно стоять на воде. Это был первый проект гидроплана, в котором также предусматривалась возможность полета с брошенной ручкой управления. Применение этой идеи на практике сделало бы полеты более безопасными.
Использование винтов с изменяемым шагом, выполненных из металла, позволяло облегчить момент отрыва самолета от земли. Учитывая все особенности конструкции, Пено рассчитал взлетный вес машины — 1200 кг (с двумя членами экипажа), при этом максимальная скорость составляла 90 км/ч, а мощность двигателя — 20—30 л. с. Многие технические нововведения Пено опередили свое время почти на полстолетия.
Таким образом, к середине XIX в. была детально проработана рациональная конструктивная модель самолета, представляющая собой расчалочный моноплан с крылом, образованным продольными и поперечными силовыми деревянными или металлическими элементами, обтянутыми со всех сторон плотной материей.
В то же время были высказаны идеи создания полиплана — летательного аппарата с несколькими несущими поверхностями. Впервые эта мысль прозвучала у Д. Кейли, который разработал проект и смастерил модель с тремя неподвижными крыльями малого удлинения, двумя машущими поверхностями, приводимыми в движение при помощи мускульной силы, и двумя хвостовыми оперениями. Идеи Кейли получили развитие в работах Ф. Уенхема, который предложил увеличить размах несущих поверхностей. Вскоре проекты полипланов начали разрабатывать и в других странах.
Разновидностью полипланов является тандем — летательный аппарат с крыльчатым пропеллером и расположенными одна за другой несущими поверхностями. Проектированием подобных самолетов занимались англичанин Т. Уолкер, французы Клод и Данжар (в модели последнего предусматривалось использование не только крыльчатого, но и винтового пропеллера). В своих разработках конструкторы стремились расположить пропеллер поближе к точкам приложения веса и аэродинамических сил.
Отдельные ошибки, допущенные изобретателями при проектировании полипланов, не могли уменьшить влияния этой идеи на развитие самолетостроения.
При правильной компоновке элементов схема «полиплан» позволяла увеличить грузоподъемность летательной машины. Тем не менее до конца XIX столетия концепция самолета-полиплана не имела горячих поклонников. Лишь спустя несколько десятилетий конструкторы нашли применение одной из разновидностей этой схемы — биплану.
Еще в XV—XVIII вв. высказывались мысли об использовании на транспорте реактивного двигателя. Однако практические разработки были начаты только во второй половине 1860-х гг. Авторами первых проектов реактивных самолетов, предложенных в 1865 г., являлись испанец П. Маффиотти и француз Ш. де Луврие.
Маффиотти основное внимание уделял работе над конструкцией двигателя, в котором в качестве рабочего механизма предполагалось использовать нагретый воздух, выбрасываемый через сопло. Данный проект остался незавершенным.
Модель французского изобретателя, названная «Аэронав», представляла собой расчалочный моноплан схемы «бесхвостка» с расположенным сверху ромбовидным крылом. Двум реактивным двигателям отводилось место между крылом и фюзеляжем. При помощи насоса топливо (керосин или бензин) должно было поступать в двигатель.
Принцип его работы заключался в следующем: смесь топлива и воздуха загоралась от электрической искры, и полученные таким образом газы удалялись через сопло. При этом клапаны перекрывали подачу топлива и воздуха. Данная конструкция представляла собой прототип современного реактивного двигателя. Однако проект де Луврие был далек от совершенства и не нашел поддержки среди членов Французской академии наук.
В России разработкой проекта самолета с воздушно-реактивным двигателем занимался Н. А. Телешов. Вслед за французским изобретателем он хотел установить на своем моноплане пульсирующий воздушно-реактивный двигатель на жидком топливе, главным отличием которого являлось то, что смешение топливных паров с воздухом должно было происходить еще до поступления в камеру сгорания. Предусматривалось также особое устройство, напоминающее современный карбюратор.
При этом носовой части фюзеляжа и передней части крыла Я следовало придать заостренную форму, что позволяло уменьшить лобовое сопротивление.
Взлет самолета планировалось осуществлять со специальной отделяемой тележки или после разбега на колесах по рельсам. Однако предложенные в данном проекте конструктивные решения намного опередили свое время, поэтому так и остались нереализованными.
Примечательно, что разработки проектов реактивных самолетов осуществлялись во многих странах приблизительно в одно и то же время, в период с 1865 по 1868 г. Возможно, это связано с публикацией в 1863 г. «Манифеста динамического воздухоплавания» Ф. Надара, призывающего к созданию летательных аппаратов тяжелее воздуха, за которыми большое будущее. При этом конструкторы занимались в основном общей разработкой двигателя, для более детальной проработки у них не хватало знаний.
В 1880-е гг., когда в различных странах начали появляться военно-воздушные части, вновь зазвучали предложения о применении реактивных двигателей на самолетах. Особое внимание уделялось вопросам повышения экономичности подобных силовых установок за счет использования более энергоемкого горючего. Огромный вклад в развитие этих идей сделали русские изобретатели С. С. Неждановский, А. Винклер, Ф. Р. Гешвенд.
В проектах Неждановского предлагалось использовать двигатели, работающие на сжатом газе, водяном паре, смеси нитроглицерина со спиртом или глицерина с воздухом. Ему также принадлежит идея расположения на сопле эжекторных насадок для подсоса воздуха к выхлопной струе. В настоящее время эта идея используется при создании двухконтурных турбореактивных двигателей.
По мнению Винклера, наиболее эффективным является пульсирующий ракетный двигатель, приводимый в действие горящей смесью газообразного кислорода и водорода, полученной в результате электролиза. Источником тока для этого процесса, а также для воспламенения горючей смеси являлась гальваническая батарея.
Киевским архитектором Гешвендом был разработан проект с двигателем, работающим при помощи струи сжатого воздуха, и эжекторными насадками для подсоса воздуха. Биплан-«бесхвостка» с крыльями эллипсовидной формы, четырехколесным шасси, девятиметровым фюзеляжем с конусообразным носом и закрытой кабиной для пилота и пассажиров получил название «Паролет».
Поднятие в воздух производилось после долгого разбега по рельсам, при этом максимальная расчетная скорость, развиваемая таким самолетом, не превысила бы 280 км/ч. После длительных расчетов изобретатель пришел к выводу, что из Киева в Петербург «Паролет» долетел бы за шесть часов с пятью остановками для дозаправки.
Ранние проекты реактивных самолетов представляют огромный интерес для историков авиации и конструкторов. Но в XIX столетии это направление в проектировании самолетов не получило признания, поскольку первые самолеты были рассчитаны на малые скорости, и применение реактивного двигателя в этом случае оказалось бы нецелесообразным.
В это время появились проекты самолетов типа свободноне-сущего моноплана. В 1891 г. швейцарский художник К. Штайгep-Кирхгоффер представил на рассмотрение широкой публике свой проект подобного летательного аппарата, в конструкции которого было много перспективных решений. Он представлял собой моноплан с верхнерасположенным крылом типа «чайка» и тянущими пропеллерами. Обтекаемый фюзеляж с закрытой кабиной способствовал уменьшению лобового сопротивления. Предусматривалось также устройство для изменения угла установки лопастей винта в полете и выпуклый профиль крыла с закругленной передней кромкой.
Однако швейцарцу не удалось отыскать правильного решения многих технических проблем. Среди главных недостатков этого проекта — несовершенство системы управления и ошибочное представление о возможном использовании мотора, работающего на сжатом воздухе.
Важной вехой в истории самолетостроения является создание немцем Николаусом Отто четырехтактного газового двигателя внутреннего сгорания (ДВС) (1876 г.), повлекшее за собой качественное улучшение характеристики моторов. Через несколько лет соотечественник Отто, Г. Даймлер, изобрел двигатель, работающий на бензине. Это привело к тому, что многие конструкторы задумались над проблемой использования подобных двигателей в самолетостроении, тем более что к концу XIX столетия перспективность применения ДВС в авиации ни у кого не вызывала сомнения.
Об этом говорил и российский ученый К. Э. Циолковский, который в 1894 г. опубликовал проект свободнонесущего моноплана классической схемы с бензиновым двигателем внутреннего сгорания, материалом для которого должен был стать алюминий. Примечательно, что в своей работе изобретатель опирался на всестороннюю научную проработку, во многом напоминающую методы современного проектирования.
Уделяя особое внимание анализу влияния отдельных параметров самолета на его летные характеристики и расчету оптимальных значений удлинения и толщины крыла, Циолковский тем самым заложил основы научного подхода к проектированию летательных аппаратов.
Согласно проекту на этот моноплан предполагалось поставить два соосных винта, вращающихся в разные стороны. Крыло с удлинением 4, относительной толщиной 5% и выпуклым профилем сужалось к концам, при этом соединение несущей поверхности с фюзеляжем осуществлялось по типу «чайка».
Вертикальный и горизонтальный рули обеспечивали управление, имелось также колесное шасси. В закрытой кабине обтекаемого фюзеляжа с овальным поперечным сечением можно было перевозить от одного до четырех человек.
По расчетам Циолковского взлетный вес одноместного моноплана при мощности двигателей 18,6 л. с. должен был составить около 450 кг, при этом самолет мог бы развивать скорость до 128 км/ч и держаться в воздухе 4 ч. Изобретатель верил в возможность осуществления своего проекта в недалеком будущем. И неслучайно его называют основоположником современной космонавтики.
Важным препятствием на пути создания самолета являлся полет в неспокойной атмосфере, где летчик не всегда мог предугадать поведение ветра. В 90-е гг. XIX столетия многие изобретатели задумались над проблемой использования на самолете устройства, обеспечивающего автоматическую устойчивость летательного аппарата в воздухе. Наиболее реальным в то время казалось применение маятникового автопилота. Подобные идеи высказывали С. К. Джевецкий (Россия), А. Гупиль (Франция), С. Лэнгли (США) и другие проектировщики.
Но экспериментальные полеты продемонстрировали серьезный недостаток маятникового автопилота — наличие сил ускорения в полете приводило к нарушению его работы. Вскоре маятник был заменен гироскопическим автоматом, представляющим собой маленький быстро вращающийся под воздействием слабого электрического тока диск, укрепленный на осях таким образом, чтобы его плоскость всегда оставалась неподвижной относительно снаряда. Только в 1930-х гг. гироскопический автопилот обрел жизнь в авиации.
Несмотря на существование различных подходов к проектированию, в проектах XIX столетия усматривается ряд характерных особенностей: использование схемы «расчалочный моноплан», обеспечение устойчивости самолета за счет высокого расположения крыла относительно фюзеляжа, отсутствие руля поперечного управления, а также использование наземных средств для поднятия в воздух (катапульта или наклонная поверхность).
Однако общий уровень созданных в конце XIX в. моделей и проектов был значительно ниже, чем в середине столетия: многие идеи оказывались настолько фантастическими, что не находили применения на практике. Тем не менее идея создания самолета продолжала жить.
Самолеты ХХ вв.
Начало XX в. ознаменовалось созданием аэроклубов в различных странах. Простые обыватели уже не смотрели на пионеров авиации как на чудаков, желающих «построить железную дорогу на Луну». С каждым годом все большее число людей начинало интересоваться аэроделом и с нетерпением ожидало, когда же будут достигнуты успехи в самолетостроении.
К 1910 г. в самолетостроении сложилось два направления: Двухместные бипланы без фюзеляжа с толкающим пропеллером и находящимся перед крылом рулем высоты и одноместные монопланы с фюзеляжем, хвостовым оперением и тянущим винтом. Каждая из этих конструкций имела свои достоинства: бипланы отличались большой грузоподъемностью и лучшим обзором для пилота и пассажира, часто их использовали в качестве обучающих машин, в то время как скоростные монопланы больше подходили для пилотов-любителей и спортсменов. Таким образом, существовали предпосылки для эволюции самолетов обоих типов, и на протяжении нескольких десятилетий между моно- и бипланами шла острая борьба.
В тот период совершенствовались не только общие конструкции самолетов, но и их отдельные системы: приборы управления, силовые установки, шасси. К концу 1913 г. элероны превратились в единственное средство поперечной управляемости. Были унифицированы кабины самолетов: появились педали, соединенные с рулем направления, и рычаг, управляющий рулем высоты и элеронами. Таким образом, пилот мог вести самолет одной рукой и ногами, что было очень важно для военных целей (стрельба, фотографирование местности и другие задачи). Компоновка, ставшая стандартной, используется и в современных самолетах.
В предвоенные годы получили распространение колесные и колесно-полозные шасси. Взлет в зимних условиях способствовал появлению лыжного шасси, разработка и испытания которого производились в России. Первый самолет подобной конструкции был изготовлен в 1909 г.
Разработки в области двигателестроения оказались очень результативными: за счет увеличения числа цилиндров двигатель водяного охлаждения стал более мощным и нашел широкое применение в самолетостроении Германии, Австро-Венгрии и России. Использование профилей с меньшей относительной кривизной способствовало улучшению аэродинамических показателей многих аэропланов начала XX столетия.
Бипланы.
Мысль о создании самолета на основе безмоторного летательного аппарата зародилась еще в 1902 г. после удачных испытаний планера. Опасаясь конкурентов, Уилбер и Орвилл Райты держали свой проект в секрете. Построенный ими за несколько месяцев четырехцилиндровый рядный бензиновый двигатель водяного охлаждения мощностью 12 л. с. представлял собой облегченный вариант автомобильного двигателя. При создании пропеллера братья Райт воспользовались своими аэродинамическими наблюдениями. Цепная передача, соединявшая винты с двигателем, позволяла в несколько раз уменьшить частоту вращения пропеллера.
В целом конструкция самолета напоминала планер с увеличенными размерами крыла и двойными поверхностями рулей. Как и в модели планера, руль направления автоматически отклонялся в момент перекашивания крыла, под которым располагались полозья. В результате проделанной работы был изготовлен биплан с двумя толкающими пропеллерами, которые вращались в противоположных направлениях, и двигателем, установленным на нижнем крыле. Управление перекашиванием крыла пилот осуществлял движением бедер, расположенные перед ним рычаги служили для включения двигателя и для управления рулем высоты.
Предполагалось, что летательный аппарат будет осуществлять разбег против ветра по восемнадцатиметровому деревянному рельсу, обшитому железом. Для этих целей использовалась небольшая тележка, отделяемая от самолета в момент его поднятия в воздух.
14 декабря 1903 г. конструкторы провели первое испытание своего аэроплана «Флайер», в ходе которого удалось продержаться в воздухе всего 3,5 сек. и пролететь 32 м. Через три дня была предпринята вторая попытка, оказавшаяся намного удачнее первой. Результаты самого удачного из четырех выполненных 17 декабря полетов были впечатляющими — самолет продержался на высоте 59 сек. и преодолел расстояние в 250 м.
Уилбер и Орвилл Райты вошли в историю авиации как пионеры воздушного пространства, положившие начало освоению неба пилотируемыми летательными аппаратами тяжелее воздуха. В последующие годы изобретатели продолжили работу над своим самолетом, в сентябре 1904 г. состоялся первый взлет при помощи катапульты. Благодаря удачному испытанию стало возможно производить полеты независимо от силы и направления ветра.
15 сентября впервые был совершен полет по кругу, что позволило в дальнейшем увеличить время пребывания летательного аппарата в воздушном пространстве. Продолжительность полета 9 ноября составила 5 мин. 4 сек., за это время самолет сделал в воздухе четыре полных круга (4,8 км). Однако аэроплан братьев Райт оставался непригодным для использования.
Усовершенствование маневровочной техники (к концу 1905 г. производились не только полеты по кругу, но и «восьмерки») позволило значительно увеличить продолжительность полетов — до 38 мин. Тем не менее успехи американских изобретателей не привлекли внимания журналистов, и создание практического самолета все еще не было завершено.
В 1908 г. была изготовлена усовершенствованная модель, получившая название «Райт А». Данный самолет представлял собой двухместный биплан (пилот и пассажир размещались на нижнем крыле в положении сидя) с более мощным двигателем, комбинированным рычагом, управляющим рулем направления и концами крыла. К концу 1908 г. «Райт А» совершил 104 экспериментальных полета, в ходе которых было установлено несколько новых рекордов. Так, 21 сентября во Франции У. Райт пролетел на своей машине 66,5 км. К тому времени это был один из самых протяженных полетов.
Большое впечатление на европейских конструкторов произвела маневренность летательного аппарата братьев Райт. Фигуры высшего пилотажа, продемонстрированные Уилбером, явились убедительным доказательством того, что средства поперечного управления можно использовать не только для устранения непредвиденных кренов, но и для выполнения маневров. Очевидными стали и преимущества больших деревянных винтов с трансмиссией.
Конструкторские идеи братьев Райт получили дальнейшее развитие в работах французских и других европейских изобретателей.
К 1907 г. над созданием самолетов работало уже более 15 авиаконструкторов из Европы. Первое самолетостроительное предприятие, принадлежащее братьям Габриэлю и Шарлю Вуазенам, появилось во французском городе Билланкуре. Здесь по заказу клиентов создавались летающие модели и осуществлялись проектировочные работы. С 1905 по 1908 г. братья изготовили около 15 самолетов и планеров.
В первой половине 1907 г. заказчиками братьев Вуазен стали скульптор Л. Делагранж (Италия) и спортсмен-автомобилист А. Фарман (Англия). Для них были спроектированы самолеты «Вуазен-Делагранж-1» и «Вуазен-Фарман-1» с колесным шасси, меньшим количеством вертикальных перегородок и фюзеляжем с закрытой носовой частью.
Место для пилота находилось в передней части корпуса, а двигатель располагался между нижней и верхней поверхностями крыла, рядом с задней кромкой. Имелся также бипланный руль высоты и рули направления, представленные в виде продолжения боковых стенок коробчатого хвостового стабилизатора.
Летательные аппараты, созданные для Делагранжа и Фармана, стали первыми европейскими самолетами, нашедшими практическое применение благодаря своей более совершенной аэродинамической конструкции, но и у них имелся ряд недостатков.
В октябре 1907 г. Анри Фарману удалось подняться в воздух и пролететь 771 м. Это был второй рекорд дальности полетов (первый принадлежал А. Сантос-Дюмону). Совершенствование техники поворотов позволило Фарману произвести первый в Европе полет по кругу длиной 1 км, а летом 1908 г. продержаться в воздушном пространстве более 20 мин.
Больших успехов добился и соперник Фармана — Леон Делагранж, самый продолжительный полет которого занял 18 мин. 30 сек. В мае 1908 г. на машине, построенной братьями Вуазен, Делагранж совершил первый в Италии полет на аэроплане. Желающих посмотреть на него было много, ведь итальянцы никогда ранее не видели подобных летательных аппаратов.
6 сентября 1908 г. пилот совершил первый в Европе продолжительный полет. За 29 мин. 53 сек. ему удалось преодолеть расстояние в 24,4 км. Однако в январе 1910 г. один из монопланов Блерио, пилотируемый знаменитым итальянцем, потерпел аварию, и Делагранж погиб.
Другим направлением в развитии конструкции бипланов стали проектировочные работы по аппаратам с тянущим винтом и монопланным хвостовым оперением. Данная схема впервые была использована Ф. Фербером. Для обеспечения устойчивости самолета он предполагал воспользоваться горизонтальным стабилизатором и отклонить немного вверх консоли крыла. Затем на райтовский аэроплан были установлены двигатель и тянущий винт, сохранялось переднее размещение руля высоты. Однако малая мощность мотора не позволяла удерживать аппарат на достаточной высоте. Только с появлением двигателей «Антуанетт» стали возможны непродолжительные полеты.
Первые попытки подняться в воздух Фербер предпринял в июле 1908 г., а 19 сентября ему удалось пролететь на своем самолете 500 м. Несмотря на ряд существенных недостатков этого аэроплана, конструкторские нововведения Фербера — облегченная компоновка пропеллера и улучшенный обзор с места пилота — получили достойную оценку. К началу Первой мировой войны схема «биплан с тянущим винтом и рулем высоты за крылом» заняла ведущее место в самолетостроении.
К 1912 г. конструкция бесфюзеляжного биплана претерпела серьезные изменения, среди которых отказ от схемы «утка», от использования руля высоты, вертикальных перегородок на крыльях и оперении, изменение размеров верхнего крыла, установка гондолы, закрывающей людей и двигатель, а также замена бипланного горизонтального оперения монопланным.
Первые самолеты-бипланы с толкающим винтом, представляющие собой усовершенствованные модели «Райт-В» и «Вуазен» военного назначения, появились в 1910 г. В новых моделях параллельные балки хвостовой фермы стали делать сходящимися к концу. Здесь же устанавливались рули направления и высоты. К 1911 г. наиболее популярными стали полуторапланы, размах верхнего крыла которых был на 2—4 м больше нижнего. Концы верхнего крыла поддерживали проволочные растяжки или наклонные стойки-раскосы. Использование гондолы с ветрозащитным щитком из слюды сделало подобные самолеты более комфортными для пилота и пассажиров.
Модернизация бипланов способствовала улучшению их аэродинамических показателей: они стали достаточно устойчивыми, обтекаемыми и смогли развивать большую скорость. Возросла также грузоподъемность этих, летательных аппаратов. К началу Первой мировой войны бесфюзеляжные бипланы сменили более перспективные двукрылые самолеты (би-монопланы) с расположенным впереди винтом и полностью обшитым корпусом.
Еще в 1908 г. по заказу А. Гупи братья Вуазен смастерили фюзеляжный триплан с тянущим винтом («Гупи-1»), однако модель оказалась далекой от совершенства и даже не смогла подняться в воздух. Неудача постигла и вторую модификацию «Гупи» с двумя крыльями и элеронами. Экспериментальные полеты третьего варианта подобного самолета, оснащенного новым двигателем и поворотными законцовками крыла, имели положительные результаты, и через некоторое время на «Гупи-3» стали летать не только во Франции, но и в Англии. Но широкого распространения эта модель не получила, хотя компоновка с расположением верхнего крыла впереди заднего (это позволяло беспрепятственно осуществлять обзор из кабины) применяется и в современных бипланах.
В России развитию авиации препятствовала направленность правительства на создание воздухоплавательных летательных аппаратов типа дирижаблей и аэростатов, находивших в то время применение в армии. Неприятная история с «Аэромобилем» В. В. Татаринова также оказала влияние на отношение министров и царствующего двора к летательным аппаратам тяжелее воздуха.
В 1909 г. изобретателю была выделена крупная сумма на постройку вертолета, однако поставленная задача оказалась очень сложной для Татаринова, и проект не получил реального воплощения. Правительство, выбросившее деньги на ветер, отказалось в дальнейшем финансировать какие-либо проекты.
Тем не менее, сенсационные сообщения из Франции об успешном освоении воздушного пространства способствовали росту интереса русских изобретателей к созданию самолетов. 1908 г. ознаменовался полетами на планерах. Однако это был уже пройденный этап в развитии авиации, поэтому русские конструкторы начали разрабатывать новые проекты.
В 1909 г. в Российской империи появились первые самодельные аэропланы. Однако развитие отечественного самолетостроения шло медленными темпами по той простой причине, что российская промышленность не выпускала двигатели, пригодные для использования на самолетах. Поэтому изобретателям приходилось создавать не только модель самолета, но и двигатель к нему.
В то же время правительство, оценив потенциальные возможности самолетов, наконец заинтересовалось судьбой отечественного самолетостроения. Вскоре офицеры-воздухоплаватели М. А. Агапов, Б. В. Голубев, Б. Ф. Гебауер и А. И. Шабский получили государственный заказ на создание самолета. Однако все предложенные ими проекты оказались неудачными.
Первые успехи русской авиации относятся к 1910 г., когда профессору Киевского политехнического института князю А. С. Кудашеву удалось преодолеть на биплане собственной конструкции несколько десятков метров. Через несколько дней удача ожидала молодого изобретателя И. И. Сикорского.
А вскоре состоялся полет машины «Гаккель-3», выполненной в виде биплана с фюзеляжем (бимоноплан) по проекту инженера Якова Гаккеля. По его мнению, биплан с закрытым корпусом и расположенным под крылом двигателем представляет собой наиболее удачную конструкцию. Этой же точки зрения придерживались в предвоенные годы многие передовые авиаконструкторы Европы.
В летательном аппарате Гаккеля отсутствовали межкрыльевые стойки, в результате чего уменьшалось аэродинамическое сопротивление. Однако возникающие при сборке самолета трудности не позволили этой модели завоевать мир.
В 1911 г. бимоноплан «Гаккель-7» с мощным двигателем, элеронным управлением, усиленной конструкцией и повышенной грузоподъемностью одержал победу на Первом военном конкурсе летательных аппаратов, созданных в Российской империи. Эта машина стала единственной, выдержавшей все испытания. В 1912 г. «Гаккель-7» получил Большую золотую медаль, тем самым были признаны заслуги российского изобретателя.
Прочному и легко управляемому самолету прочили большое будущее. Однако судьба его оказалась печальной: купленный военными для обучающих полетов аппарат долгое время бездействовал, поскольку пилоты отказывались тренироваться на необычной машине, и через несколько месяцев самолет вышел из строя.
Работу Гаккеля над созданием бимоноплана продолжил И. И. Сикорский. Созданные им самолеты «С-6» и «С-10» имели сходные черты с бипланами немецкого типа, но больший размах крыльев и элегантная внешняя отделка сделали летательные аппараты Сикорского более скоростными и совершенными.
На биплане «С-6», корпус которого был обшит тонкими, тщательно отполированными и покрытыми лаком деревянными дощечками, в результате чего самолет приобрел обтекаемую форму, талантливому авиаконструктору удалось установить мировые рекорды скорости: с двумя пассажирами на борту — 111 км/ч, с пятью — 106 км/ч. На протяжении двух лет аэропланы Сикорского завоевывали главные призы на состязаниях военных самолетов. Современники свидетельствовали, что данные летательные аппараты ни по каким показателям не уступали ведущим европейским моделям.
Спустя несколько месяцев после этих знаменательных событий на заводе первого Российского товарищества воздухоплавания в Петербурге начался серийный выпуск аэропланов по образцу французских «Блерио-11» и «Фарман-3». Русские проекты в то время не получили широкой известности, поскольку в них было заметно большое отставание от передовых идей в самолетостроении начала XX столетия. Исключение составлял бимоноплан «С-10», ставший первым серийным самолетом русской конструкции.
Большой вклад в российское самолетостроение сделал И. И. Стеглау. Созданный им аэроплан отличался необычностью: вместо традиционной полотняной обшивки использовалась фанера, которая крепилась к лонжеронам и нервюрам крыла при помощи столярного клея и гвоздей. Корпус самолета также был обшит фанерой. Сваренные из стальных труб межкрыльевые стойки имели Х-образную, непривычную для того времени форму. Для скрепления многих частей этого летательного аппарата применялась сварка.
В результате самолет получился тяжелым, но очень прочным. Его аэродинамические формы позволяли развивать скорость до 130 км/ч. В дальнейшем многие авиаторы сумели по достоинству оценить новшества Стеглау.
Стремление авиаконструкторов двукрылых машин превысить скоростные показатели монопланов привело к появлению нового типа биплана, названного «Скаут». Для них были характерны небольшие размеры, одностоечная коробка крыльев и малая величина полезной нагрузки. В проектах этих машин предусматривалось только одно место для пилота. Малое лобовое сопротивление, небольшая нагрузка на крыло и хорошая энерговооруженность позволяли «скаутам» развивать большие скорости.
Изобретателем машин подобного типа является англичанин Ж. де Хевилленд, самолет которого достигал максимальной скорости 148 км/ч, однако из-за короткого фюзеляжа был неустойчивым.
В конце 1913 г. появился Сопвич «Таблоид» — двухместный одностоечный биплан с небольшим размахом крыла (7,8 м). Удачные полеты позволили наладить серийный выпуск этой машины. В первой половине 1914 г. по данной схеме создавались бипланы самолетостроительных фирм «Авро», «Бристоль» и «Виккерс».
К началу Первой мировой войны «Скауты» являлись самыми быстроходными и маневренными летательными аппаратами. В первое время велось строительство гоночных «Скаутов», но все же главную роль они сыграли в развитии военной авиации. Эти бипланы положили начало работам по созданию самолета-истребителя и скоростного разведчика.
Развитие монопланов.
В 1903 г. в США состоялись пробные полеты небольшой модели моноплана с бензиновым двигателем, создателем которой являлся математик и радиофизик С. П. Лэнгли. Было изготовлено семь моделей, которые отличались смешанной конструкцией: фюзеляж с расположенным в нем двигателем в виде спирального трубчатого котла был сделан из стали, обтянутые шелком крылья имели деревянный силовой набор, здесь также присутствовали проволочные растяжки, мачты и паровая машина.
Успешное завершение экспериментального полета позволило конструктору при финансовой поддержке американского правительства приступить к созданию полноразмерного самолета «Аэродром». Однако предпринятые 7—8 декабря 1903 г. попытки подняться в воздух над Потомаком оказались неудачными — аэроплан дважды падал в воду. Вскоре правительство США отказалось финансировать работу Лэнгли, поскольку в этом же году братья Райт добились успеха при создании самолета с мотором.
С 1915 г. начал возрождаться интерес к конструкции «моноплан». В Европе первыми летающими самолетами-монопланами были «Эллехаммер-1» и «Вуйя-1», изготовление которых завершилось в 1906 г. Создателем первого из них является датский изобретатель Я. Эллехаммер, второго — румын Т. Вуйя, долгое время работавший во Франции. В конструкциях этих моделей прослеживается ряд общих черт: верхнерасположенное крыло и отсутствие горизонтального оперения.
Вместе с тем самолеты имели и свои характерные черты. Например, у «Эллехаммера» было устройство автоматического поддержания заданного угла атаки. Рама с расположенным на ней местом для пилота и двигателем шарнирно соединялась с крылом и могла беспрепятственно совершать продольные колебания, отклоняя при этом связанный с ней горизонтальный руль на задней кромке крыла. В первом варианте использовался бензиновый двигатель мощностью 9 л. с. Однако проведенные в 1906 г. испытания показали, что необходимо увеличить мощность.
Вскоре сверху было установлено второе крыло и новый двигатель, в результате чего изобретателю удалось пролететь на своей машине около 42 м. Однако во время испытаний летчик не мог самостоятельно управлять самолетом, для этого использовался маятниковый регулятор, что создавало для пилота определенные неудобства. По этой причине изобретатель вскоре отошел от монопланной конструкции и начал создавать модели с полипланным крылом.
Отдельные недоработки не умаляют достоинств проекта «Эллехаммер-1», поскольку это был первый случай реализации идеи автомата устойчивости на летательном аппарате, пригодном для поднятия человека в воздух. Тем не менее о деятельности датского авиаконструктора не сообщалось в средствах массовой информации, поэтому его проекты не оказали значительного влияния на развитие самолетостроения.
Работы Т. Вуйя, в отличие от трудов Эллехаммера, сразу же получили широкую известность и способствовали росту интереса к схеме «моноплан» в европейских странах. «Летающий автомобиль», созданный по проекту Т. Вуйя, имел ряд конструктивных особенностей: самолет опирался на четырехколесное шасси с резиновыми пневматическими колесами и спиральными рессорами; во время перемещения по земле можно было складывать крыло; управление осуществлялось за счет изменения наклона крыла; руль направления двигался вместе с передним колесом тележки при повороте пилотом руля, напоминающего автомобильный. Сиденье пилота могло перемещаться вперед и назад, что обеспечивало летательному аппарату продольную балансировку.
Фюзеляж выполнялся из стальных трубок, а обтянутое тканью крыло удерживали в нужном положении проволочные растяжки. Установленный на самолете углекислотный двигатель «Серполле» мощностью 25 л. с. представлял собой паровой мотор, переоборудованный для использования в качестве рабочего материала углекислоты. С помощью такого мотора приводился в действие двухлопастный тянущий винт.
В марте 1906 г. состоялось первое испытание «Вуйя-1», в ходе которого самолет на высоте от 0,5 до 1 м преодолел расстояние 12 м. Повторная попытка в августе оказалась менее удачной и закончилась аварией, поскольку летательный аппарат оказался неустойчивым и неуправляемым. Тем не менее деятельность румынского конструктора способствовала развитию европейского и мирового самолетостроения. Концепции моноплана заняли в нем определенное место. Именно пример Т. Вуйя побудил талантливого авиатора и конструктора Луи Блерио к созданию самолетов-монопланов в 1907 г.
Летательные аппараты Блерио с закрытым фюзеляжем и приспособлениями для поперечного управления были оснащены авиадвигателями «Антуанетт», наиболее современными для начала XX столетия. Однако все экспериментальные полеты 1907 г. закончились для французского изобретателя неудачами.
Лишь в середине 1908 г. Блерио удалось изготовить свой первый удачный моноплан «Блерио-8», который представлял собой летательный аппарат с длинным фюзеляжем прямоугольного сечения, трехколесным шасси, верхнерасположенным прямоугольным крылом, хвостовым оперением с горизонтальным стабилизатором и рулями высоты, крепящимися по бокам.
Двигатель, приводящий в движение четырехлопастный винт, находился в передней части корпуса самолета. Удачные экспериментальные полеты на этой машине были обусловлены в первую очередь правильным выбором центровки, в результате чего самолет обрел желаемую устойчивость даже при сильных порывах ветра.
Летательные аппараты Блерио явились первыми монопланами с подвижными поверхностями для поперечного управления: одни из его моделей имели поворотные законцовки крыла, другие — подвижные рули на хвостовом оперении. Эти новшества позволили французскому авиатору первому среди пилотов мира освоить маневрирование на моноплане.
К началу 1910-х гг., наряду с самолетами типа «биплан», выпускались и монопланы, среди которых ведущую роль играл «Блерио-11», послуживший образцом для многих моделей 1910—1912 гг.: «Моран-Солнье» (Франция), «Авис» (Англия), «Капрони» (Италия) и других.
Исторический перелет через Ла-Манш 25 июля 1909 г. сделал «Блерио» наиболее популярной моделью. С этого момента человечество перестало смотреть на самолет как на средство развлечения публики и превратило его в один из наиболее перспективных видов транспорта, предназначенных для перевозки людей, грузов и ведения боевых действий. Вскоре был налажен серийный выпуск монопланов «Блерио».
Важным шагом на пути усовершенствования моноплана стал реализованный проект француза Э. Ньюпора. В 1910 г. им была создана одноместная легкомоторная машина по типу «Блерио-11». Изобретатель внес существенные изменения в конструкцию фюзеляжа: большие по сравнению с «Блерио» размеры, полностью закрытая обшивка, глубокая кабина пилота. Полученная в результате этих нововведений обтекаемая форма обеспечила самолету «Ньюпор» максимальное преимущество в скорости перед другими аэропланами с более мощными двигателями.
Следует отметить, что огромную помощь авиаконструктору оказал знаменитый французский инженер А. Эйфель (создатель Эйфелевой башни в Париже). Ньюпор воспользовался многими его рекомендациями.
Помимо этого, изобретатель установил на своем аппарате трапециевидное крыло с закругленными законцовками и тонким профилем. Он применил одноопорную схему расчаливания крыла вместо традиционной трехопорной. Нижние расчалки крепились теперь непосредственно к ферме шасси, резиновую амортизацию которого сменила стальная рессора автомобильного типа. Предусматривалась также установка выступающей вперед противокапотажной лыжи.
Спустя год была разработана модификация моноплана «Ньюпор» с крылом большей площади и мощным двигателем, в результате чего появилась возможность перевозить на борту самолета одного пассажира. Главным недостатком этого аэроплана являлась угловая форма фюзеляжа, следствием чего была плохая обтекаемость и внешнее размещение тяг управления расчалок.
Тем не менее «Ньюпор» приобрел широкую известность во всем мире. Этому способствовали установленные на спортивных состязаниях рекорды скорости и выигрыш первого приза французского Военного министерства. Прочный, устойчивый в полете, чутко реагирующий на отклонения рулевого управления и хорошо планирующий «Ньюпор-4» вскоре занял достойное место в вооруженных силах Франции, России и Италии.
Именно на таком самолете в 1912 и 1914 гг. за один день были осуществлены дальние перелеты Севастополь — Петербург (летчики В. В. Дыбовский и Д. Г. Андреади) и Киев — Гатчина, а также выполнена первая в мире «мертвая петля» (П. Н. Нестеров, 1913 г.). В тот временной период самолеты «Ньюпор» являлись самыми быстроходными аппаратами, выпускаемыми серийно.
Вскоре был создан «Блерио-27» («Быстроходный»), отличающийся от предыдущих модификаций лучшими аэродинамическими характеристиками. Аэроплан с двигателем мощностью 70 л. с. мог развивать скорость до 120 км/ч. Самолеты «Блерио» на некоторое время смогли вернуть себе пальму первенства. 12 июня 1911 г. был установлен новый мировой рекорд скорости — 125 км/ч, который продержался всего четыре дня. Превысил его все тот же Э. Ньюпор, самолет которого смог достичь скорости 133 км/ч. Этот рекорд продержался до конца 1911 г.
Однако сам изобретатель не дожил до того дня, когда боевые машины «Ньюпор» прославили имя своего конструктора на всех фронтах Первой мировой войны. На Русско-Балтийском вагонном заводе в Санкт-Петербурге было налажено производство самолетов «С-7», «С-И» и «С-12», отдаленно напоминающих французский моноплан «Ньюпор». Их создателем являлся знаменитый российский авиаконструктор И. И. Сикорский. Данные летательные аппараты представляли собой тяжелые грузоподъемные монопланы, рассчитанные на подъем двух человек и снабженные элеронами. Для обшивки фюзеляжа использовалась фанера, а не традиционное полотно.
Самолет «С-12», выпущенный в количестве 10—12 экземпляров, находился на вооружении в российской армии до 1922г. и стал первым монопланом русской конструкции, на котором летчиком Г. В. Янковским в 1913 г. была выполнена «мертвая петля».
По мере увеличения скорости самолетов авиаконструкторы начали уделять особое внимание форме их отдельных деталей. Огромную помощь в этом оказывали исследования, производимые в научных центрах. В результате значительно улучшились аэродинамические показатели новых самолетов.
Примером тому может служить гоночный «Дюпердюссен», созданный в 1913 г. Монококовый фюзеляж, кольцевой алюминиевый капот двигателя воздушного охлаждения, большой кок-обтекатель втулки винта, закрытые спицы колес и установленный за кабиной пилота гаррот делали этот моноплан хорошо обтекаемым, а мощный двигатель позволял развивать скорость до 200 км/ч. Полотняная обшивка крыла с тонким профилем малой кривизны была обработана лаком и отполирована, что также способствовало увеличению скоростных показателей. До 1917 г. «Дюпердюссен» являлся одним из самых быстроходных летательных аппаратов.
Однако такие недостатки, как большая посадочная скорость, а также дистанция разбега и пробега, неприспособленность к маневрированию, малая грузоподъемность, не позволили сделать этот самолет образцом для производства будущих серийных монопланов. Даже популярные в то время авиагонки, приносившие пилотам «Дюпердюссенов» победы и мировую известность, не могли спасти фирму, которая к 1914 г. оказалась почти банкротом.
К началу Первой мировой войны гоночные самолеты превратились в особую группу летательных аппаратов, совершенных в аэродинамическом отношении, но очень опасных при эксплуатации и требующих больших материальных затрат. Разработки проектов скоростных аэропланов и их практическое воплощение оказали положительное влияние на развитие самолетостроения в целом. Такие технические решения, как замена проволочных расчалок стальными тросами, прямоугольных капотов — кольцевыми и закрытие колесных спиц обтекателями, нашли широкое применение в самолетостроении 1912-1913 гг.
Гидропланы.
Идея взлета с воды и посадки на нее привлекала внимание многих авиаконструкторов. Водная поверхность представлялась им идеальным аэродромом. Помимо этого, падение в воду в случае аварии было гораздо безопаснее, чем на землю. Поэтому уже в начале XX столетия получили известность проекты самолетов и планеров с поплавками вместо колес.
Россия не отставала от передовых европейских стран в создании поплавковых аэропланов. Первые успешные полеты русских моделей конструкции И. Сикорского состоялись в 1913 г. Участие в гидроавиационных соревнованиях продемонстрировало всему миру преимущества однопоплавкового «С-5А» (стал морским разведчиком) и «С-10-гидро». Вскоре был начат серийный выпуск этих летательных аппаратов. Поставленные на вооружение в российской армии гидросамолеты Сикорского принимали участие в Первой мировой войне.
Наиболее успешной оказалась не разработка новых моделей, а установка на поплавки популярных образцов самолетов. Преимущество оставалось за бипланами, так как они обладали большой грузоподъемностью и их шасси легче поддавалось переделке. Была увеличена площадь крыла летательных аппаратов данной конструкции и мощность двигателей. Поскольку соприкосновение с водой могло негативно сказаться на гидросамолетах, применялись специальные покрытия для защиты от коррозии.
В первых удачных моделях использовались поплавки Фабра, материалом для которых служило дерево (каркас) и брезент (обтяжка). Эти легкие приспособления были сверхчувствительны к малейшим колебаниям водной поверхности и в скором времени вышли из употребления.
В 1911 — 1913 гг. на смену поплавкам Фабра пришли фанерные поплавки французского изобретателя гоночных моторных лодок А. Теллье. Удлиненная форма делала их более эффективными при эксплуатации.
Вскоре на днище самолетов стали делать уступ (редан), благодаря которому поплавки хорошо выталкивались из воды, облегчая тем самым взлет гидроплана с водной поверхности. Впервые такое новшество использовали Ньюпор (Франция), Кертисс (США) и А. Рой (Англия). Чтобы поврежденный поплавок оставался на плаву, внутри устанавливались водонепроницаемые перегородки.
В отличие от первых гидросамолетов, имеющих шасси с носовой опорой, во всех последующих моделях стали применяться двухпоплавковые конструкции шасси («Авро», «Ньюпор» и др.). Это новшество сделало гидропланы более устойчивыми при перемещении по водной поверхности. Крепление поплавков к стойкам колесного шасси значительно облегчило переделку сухопутного самолета в гидро. В отдельных моделях использовались амортизаторы, смягчающие толчки.
Для тяжелых самолетов изготавливались очень большие поплавки. Так, в 1914 г. на них был установлен четырехмоторный «Илья Муромец». Проведенные в мае испытания с полной нагрузкой самолета имели положительные результаты. Использование при разворотах одностороннего включения размещенных на крыле двигателей делало машину хорошо управляемой. До 1917 г. «Илья Муромец» являлся самым большим в мире гидросамолетом.
В начале 1910-х гг. разрабатывались также проекты летательных аппаратов на подводных крыльях. Попытки англичанина Ч. Бурнея, итальянцев Гвидони и Крокко оказались неудачными — гидропланы даже не смогли подняться в воздух.
Поскольку поплавковые самолеты могли осуществлять взлет и посадку только на спокойной воде, конструкторы пытались как-то повысить их мореходность. Увеличение размеров водной опоры и придание ей формы лодки, в которой размещались все системы самолета, экипаж и грузы, стали важным шагом на пути усовершенствования модели. Так появились «летающие лодки».
Весной 1912 г. французский изобретатель Ф. Донне предоставил широкой публике усовершенствованную модель гидросамолета с увеличенным фюзеляжем и расположенным между крыльями двигателем с прямым приводом на один толкающий винт. Хвостовое оперение было размещено непосредственно на корпусе. Конструкция «Донне-Левек-А» послужила образцом для «Аэрояхты» Г. Кертисса, «Воздушной лодки» О. Райта, «летающих лодок» Д. П. Григоровича.
Менее распространенной была схема гидросамолета с поплавком-лодкой и крепящимся на балках хвостовым оперением. Известнейшим представителем летательных аппаратов данного типа являлся биплан Сопвич «Бэт Боат», построенный в Англии в 1913 г.
В гидроплан был переоборудован и знаменитый «Дюппердюссен», способный развивать скорость до 73,6 км/ч. Однако крыло большой площади, громоздкие плохообтекаемые поплавки прямоугольного сечения и фермы их крепления свели на нет все достоинства этого скоростного самолета.
В 1914 г. соревнования на приз Шнейдера выиграл заурядный английский биплан «Сопвич Таблоид», установленный на поплавки. Небольшие поплавки этого аппарата не так сильно искажали его общую аэродинамику, в результате самолет смог развивать скорость до 139,6 км/ч.
При конструировании «летающих лодок» обращали особое внимание на средства защиты двигателя и экипажа от брызг. С этой целью силовую установку и винт старались разместить повыше от воды, ближе к верхнему крылу биплана. В носовой части фюзеляжа устанавливались специальные защитные решетки, а снаружи весь корпус оснащался водонепроницаемыми переборками. Поперечную устойчивость на воде обеспечивали небольшие подкрыльевые поплавки или выступы побокам фюзеляжа («жабры»).
К началу 1914 г. был налажен серийный выпуск поплавковых летательных аппаратов и «летающих лодок». Во многих странах мира их приняли на вооружение и начали использовать в коммерческих целях.
Многомоторные самолеты
Уже в первые годы XX столетия появились стимулы для создания многомоторных самолетов. В первую очередь стояла задача увеличения грузоподъемности летательных аппаратов тяжелее воздуха. Повысить ее можно было только в случае увеличения взлетного веса самолета, что требовало и повышения мощности силовой установки. Поскольку в то время очень сильных двигателей не было, предполагалось ставить на самолеты по нескольку моторов. Помимо этого, аэропланы подобной конструкции казались наиболее безопасными. Однако многие подвергали сомнению успех такой машины.
В начале 1910 г. был осуществлен первый удачный полет на двухмоторном аэроплане, создателем которого являлся русский инженер Б. Г. Луцкой, проживающий в Германии. Самолет представлял собой моноплан с передним рулем высоты и хвостовым оперением, расположенным за крылом. Каркас был выполнен из тонких стальных труб, а двигатели внутреннего сгорания размещались в корпусе аппарата. Один из моторов приводил в движение передний винт, другой — пропеллеры, размещенные в вырезах передней кромки крыла. Самолет имел большие размеры и мог поднять на борт пять человек.
Следующая модель являлась усовершенствованным вариантом первой. Двигатели устанавливались в носовой части фюзеляжа: один размещался перед крылом, немного впереди и выше другого, второй — под крылом. Самолет был способен летать со скоростью 150 км/ч.
Первым английским двухмоторным аэропланом стал биплан «Трипл Твин». В носовой части фюзеляжа, выполненного в форме гондолы, размещался второй двигатель «Гном» с цепным приводом на два винта перед крыльями. Особенности конструкции позволяли самолету летать с одним выключенным мотором.
Осенью 1911 г. появилась модификация «Тандем Твин» с одним тянущим винтом, а следующим стал «Трипл Трактор», передний двигатель которого приводил в движение носовой винт, а задний — два винта у передней кромки крыла; руль высоты был размещен на хвосте.
В 1911 г. румынский инженер А. Коанде продемонстрировал свой полутораплан с установленными по бокам передней части корпуса двумя ротативными двигателями. Дифференциальная передача обеспечивала вращение винта. Среди особенностей данной модели — стальной каркас и пружинная подвеска верхнего крыла большого размаха, подвешенный между крыльями фюзеляж, Х-образная форма оперения в вертикальной плоскости, шасси с обтекателями могло убираться в кожухи; помимо этого, емкости для масла и бензина располагались внутри верхнего крыла. Однако сведений об успешных полетах летательного аппарата обнаружить не удалось.
Новым словом в развитии многомоторных самолетов стало создание в России аэропланов «Гранд» («Русский витязь») и «Илья Муромец», проекты которых принадлежали И. И. Сикорскому. Модели имели четыре установленных на крыле двигателя, в результате чего положение центра тяжести сместилось назад и горизонтальное оперение превратилось в несущее (создающее подъемную силу).
На хвосте «Русского витязя» были установлены вертикальные рули, а фюзеляж прямоугольного сечения с фанерной обшивкой с одной стороны достигал 20 м. Выполненное из дерева крыло имело полотняную наружную отделку. В передней части фюзеляжа размещались застекленная кабина с отсеками для пилота, пассажиров, туалета и помещения для запасных частей и инструментов. Перед кабиной имелось небольшое пространство, куда можно было выйти во время полета.
Для поперечного управления использовались элероны на верхнем крыле, а в качестве шасси — четыре полоза и восемь колес. Четыре двигателя внутреннего охлаждения размещались на крыле, причем вторая пара с толкающими винтами стояла тандемом к первой. При остановке любого из двигателей «Русский витязь» мог беспрепятственно продолжать полет. После удачных полетов Сикорский решил отказаться от тандемной схемы и расположить все четыре тянущих двигателя в один ряд. Самолет «Илья Муромец», построенный в октябре 1913 г., стал преемником «Гранда». Он представлял собой биплан с прочным фюзеляжем, в носовой части которого имелась застекленная кабина с электрическим освещением и обогревом. С целью облегчения конструкции в задней части корпуса использовалась фанерная обшивка. Большое верхнее крыло опиралось на шесть стоек. Между коробкой крыльев и хвостом размещалось еще одно среднее крыло (в дальнейшем его убрали).
Первый раз «Илья Муромец» поднялся в воздух 23 декабря 1913 г. Эксперименты с двумя выключенными моторами и взлеты на лыжах со снега оказались весьма удачными. Были установлены мировые рекорды грузоподъемности, дальности и высоты полета. В начале 1914 г. начался серийный выпуск многомоторных самолетов Сикорского, причем в промышленном варианте «Илья Муромец» отличался меньшими размерами и более мощными двигателями, благодаря чему максимальная скорость составила 100 км/ч, а высота — 3000 м.
За несколько месяцев до начала Первой мировой войны на четырехмоторном летательном аппарате Сикорского был выполнен выдающийся для того времени перелет из Петербурга в Киев и обратно с тремя промежуточными посадками. Самолет преодолел расстояние в 2480 км, при этом находился в воздухе 28 ч 43 мин. Это был мировой рекорд дальности и продолжительности полета с двумя пассажирами на борту.
Успех изобретателя при разработке и осуществлении проектов самых крупных для начала XX в. аэропланов с несколькими моторами объясняется разумным выбором материалов и конструктивно-силовой схемы, а также правильным расположением двигателя и использования крыла большого удлинения. Создание самолетов «Русский витязь» и «Илья Муромец» положило начало развитию тяжелой авиации. Примечательно, что именно отсталая Россия стала пионером этого направления в самолетостроении. В передовых странах мира оно получило развитие лишь во время Первой мировой войны.
В первые годы XX в. самолеты предназначались лишь для развлечения публики. Но постепенно к летательным аппаратам тяжелее воздуха начало проявлять внимание и правительство, в первую очередь военные министерства. Осознав, что самолеты являются эффективным средством военной разведки, а метание с аэропланов ручных гранат и небольших бомб нагоняет на противника страх, генералы занялись формированием военных авиационных частей.
Накануне Первой мировой войны эти аэропланы подверглись тщательному переоборудованию: устанавливались радиостанции, фотоаппараты, бомбодержатели, пулеметы для стрельбы вперед и многие другие приспособления для выполнения различных боевых задач.
Помимо военного назначения, авиацию начали использовать и в мирных целях: для транспортировки пассажиров, грузов и почты. Письма на аэропланах стали перевозить в 1911 г., зачинателем этого дела явилась Англия. Воспользоваться самолетом для транспортировки пассажиров впервые предложил А. Фарман. Однако его попытка организовать авиалинию между французскими городами Бук и Этамп оказалась неудачной. Гораздо успешнее действовала первая в истории регулярная пассажирская авиалиния Санкт-Петербург — Тампа (Флорида, США), просуществовавшая всего один месяц в 1914 г.
Источник: aviavisota.ru.
Рейтинг публикации:
|
