Эпоха Пара

Я паро-панк
и я люблю паро-панк

ПубликацииПубликации ПрограммыПрограммы ИгрыИгры

Мог ли Райт летать?

«Я люблю паро-панк» : Глава пятая
в которой читатель узнаёт как человек поднялся в небо на крыльях и почему это весьма странно

17 декабря 1903 года в долине Китти Хок (Kitty Hawk) аэроплан братьев Райт (Wright) под названием «Флайер» (Flyer) совершил первый в истории человечества полёт аппарата тяжелее воздуха. До того такое было невозможно... Невозможно - до того? Да мог ли этот «Флайер» вообще летать!

Критерий полёта

Нередко достижение братьев Райт определяют такими словами: «их аппарат пролетел не меньше, чем высота его старта». Несмотря на научный вид данной фразы, смысла она лишена - ведь столько же пролетает брошенный камень (а кто не верит, может произвести собственный баллистический расчёт или вспомнить школьную математику и уравнение параболы).

Итак, первый критерий полёта: аппарат должен пролететь БОЛЬШЕ, чем высота его старта. И я бы добавил - заметно больше.

Пущенная из лука стрела летит очень далеко, но вряд ли мы посчитаем это свободным полётом. И дело не в размерах стрелы. Можно сделать очень большую стрелу, но она останется снарядом. Который летит не за счёт собственных свойств, а за счёт силы, которая бросила его в полёт.

Воздушные змеи известны во многих уголках нашей планеты. Тысячелетия назад их поднимали в небо на праздники в Китае. В русских летописях отмечен факт запуска воздушных змеев славянскими дружинниками для морального воздействия на византийцев. А тибетские монахи утверждают, что с незапамятных времён развлекались полётами на воздушных змеях. Невозможно? Отнюдь, подобные опыты производились к примеру в России в начале XX века, когда на войсковых манёврах поднимали в небо целые «поезда» из сцеплённых воздушных змеев, несших на себе артиллерийских корректировщиков. С военной точки зрения достоинство воздушного змея перед привязным аэростатом очевидно. Но вряд ли мы посчитаем змея - воздушным транспортом.

Итак, второй критерий полёта: он должен совершаться без воздействия внешней силы. Такой как сила лука, метающего стрелу, или сила встречного ветра, поднимающая воздушный змей в небеса.

Стало быть, чтобы полёт можно было считать самостоятельным, летательный аппарат должен двигаться за счёт собственной силы. А эту силу может дать только мотор. И на аэроплане братьев Райт мотор был...

Формальность

Формально мотор на «Флайере» был. Аж в 16 лошадиных сил... э, нет, 16 «лошадей» он выдавал только на старте в течении весьма небольшого времени, а затем мощность быстро падала до 12 л.с. - то есть на 25%. На четверть! Неприятное обстоятельство. Но может быть и этого остатка мощности было достаточно?

«Флайер» был небольшим аппаратом - длина 6.4 м, а размах крыла 12.3 м. Масса пустого 283 кг, но коль речь идёт о полёте, то надо учитывать массу взлётную - с пилотом и топливом - а это 340 кг. Но ещё важно знать площадь несущих поверхностей - таковая у «Флайера» 47.3 м². И зачем нам эта площадь? А чтобы разделить на неё вес и получить удельную нагрузку на крыло - выходит чуть больше 7 кг/м²

Всё познаётся в сравнении. Пройдёт ещё чуть больше десятка лет, и в Первую Мировую тысячи аэропланов уверенно бороздят небеса - и для них типичная нагрузка на крыло от 30 до 40 кг/м². Позже самолёты научатся летать лучше - и как ни удивительно, но возрастёт и типичная нагрузка на крыло.

Что же это значит? Чем увесистее самолёт - тем лучше летает? Или лучше всех летает самолёт с маленькими крылышками?

Тут есть тонкая грань - грань между свободным безмоторным парением и полётом за счёт силы мотора. Для мотора лишнее сопротивление воздуха - враг. А большие крылья это прежде всего большой парус. Хорошо когда его несёт ветер. И совсем наоборот, когда приходится этот парус проталкивать против ветра. Поэтому крылья делают ровно такие, чтобы удерживать мотор в воздухе. Чем мощнее мотор - тем меньше он нуждается в поддержке крыльев. Ему бы от них вовсе избавиться как от лишнего веса.

Совсем другое дело полёт планёра. Он, как воздушный змей, целиком полагается на воздух. Как парашют. Понятно, что как для парашюта желательно быть как можно легче, так и для планёра очень желательно «соблюдать диету» - но ещё более и парашюту и планёру нужна большая поверхность опоры на воздух. Чем эта поверхность больше - тем легче воспарить. Если она будет достаточно большой, то при лёгчайшем встречном ветерке планёр взмывает в небеса.

С другой стороны такие большие крылья для планёра - это, как мы уже понимаем, тот самый громадный парус. Который ветер несёт куда ему вздумается - но вовсе не туда, куда хочет пилот планёра. Поэтому конструктору планёра приходится искать баланс между желанием легко парить и желанием избавиться от вредной парусности. В итоге проб и ошибок родился оптимум для планёров - удельная нагрузка на крыло 5 кг/м².

И теперь, когда мы знаем про нагрузку на крыло и разницу между парением и моторным полётом, «Флайер» предстаёт перед нами уже не как самолёт. Маловата у него нагрузка на крыло, чтобы быть причисленным к самолётам. Очевидно слабый мотор не смог бы преодолеть парусность конструкции «Флайера». С другой стороны, для планёра нагрузка несколько высоковата. Так летал ли он?

Забытый полёт

За 3 дня до официального «начала эры авиации», «Флайер» попытался взлететь. И тут же плюхнулся на землю, едва не разбившись вдребезги.

Но конструкция выдержала, и после ремонта, 17 декабря успешный полёт... Ну как сказать успешный - всего лишь 36 с половиной метров за 12 секунд. Главное фото сделать успели. И теперь это фото доказывает, чей самолёт первым поднялся в воздух.

+ увеличить картинку + Тот самый полёт Райт на 36 метров Тот самый полёт на 36 метров. Хорошо видно особенность винтомоторной группы аэроплана - два винта с приводом от одного двигателя. Братья владели велосипедной мастерской и привод от двигателя на винты сделали с помощью велосипедных цепей. Для компенсации момента, винты вращались навстречу друг другу

А теперь посчитаем: 36 метров делим на 12 секунд = 3 метра в секунду. Или около 10 км/ч. Захудалая деревенская кляча и то скачет быстрее, но отчего-то лошади по небесам не летают. Так как же ухитрился удержаться в воздухе самолёт с такой ничтожной по авиационным меркам скоростью?

Секрет во встречном ветре, который дул в этот день в Китти-Хок со скоростью 43 км/ч. Сметливые братья, разумеется, развернули свой аэроплан навстречу ветру. Считаем: 43 + 10 = 53 км/ч - вот истинная скорость «Флайера» относительно воздушного потока. Ведь именно набегающий воздушный поток держит аппарат. Не сила мотора - а сила ветра помогла оторваться от земли!

Американцы так рьяно отстаивают своё первенство в покорении воздуха, что оказывают братьям Райт «медвежью услугу». Юридически именно первый полёт 17 декабря 1903 года признаётся первым полётом аэроплана. Но в тот день были ещё попытки: подскок длиной в 52м, затем на 60м...

...и наконец настоящий полёт на 852 фута (260м) на высоте около 3м и продолжительностью 59 секунд. Вот это уже был полёт. Жаль только приземление вышло несколько неудачным, и «Флайер» основательно разбился, но никто из людей не пострадал. Вот с этого момента братья могли гордо заявить о покорении воздуха.

И однако они не спешили с таким заявлением. Потому что, в отличие от юристов, сами они понимали - это не их заслуга, а ветра. И когда на следующий год они сменили место испытательных полётов на менее ветреное, дело сразу застопорилось - два демонстрационных полёта перед приглашёнными газетчиками провалились оба один за другим. Аппарат упрямо не желал даже отрываться от стартовой тележки. Да при том ветре, какой принёс удачу в Китти-Хок, достаточно было подпрыгнуть, чтобы воспарить в небеса. Ах, если бы братья догадались уменьшить нагрузку на крыло...

Они так и делали

Неразумное юридическое отстаивание американского первенства в авиации изрядно обесценивает действительные заслуги братьев Райт. А ведь они произвели громадный объём исследовательской работы и уточнили данные Отто Лилиенталя по аэродинамике планёров. Они внесли исправления в аэродинамические уравнения, основательно исправили коэффициенты не подвергавшиеся сомнению век!

Но если начать рассказывать об их научной деятельности, то придётся признать, что были они отнюдь не первыми. Тот же Лилиенталь совершил тысячи полётов до них. И своими полётами и публикациями открыл дорогу многим. В том числе и братьям Райт, прямо опиравшимся на его труды.

Ах, да, Лилиенталь строил исключительно планёры. И полёты его были по большей части - разбег, прыжок с холма и сразу же падение. Ну, как мы видели, за 3 дня до успеха такой же бесславный полёт чуть не поставил крест на проекте Райт.

Нет, не поставил бы. Потому что братья Райт то же немало летали на планёрах!

+ увеличить картинку + Орвилл Райт со своим планёром 1901 года Орвилл Райт со своим планёром 1901 года. Размах крыльев 6.6м, площадь 27м², вес планёра 44.4кг. В лучшем полёте удалось пролететь 118м

Да, не сразу был создан «Флайер». В Китти-Хок братья приезжали уже 3 года. Место было рекомендовано им как раз энтузиастами планеризма. Устойчивые и достаточно крепкие ветра там не редкость. Сперва братья поднимали в воздух управляемого воздушного змея коробчатой конструкции. Позже его сменил планёр той же конструкции, который поднимали всё ещё без пилота. Затем планёр стал ещё больше. Сперва его нагружали мешками с песком. Наконец братья отважились пилотировать его сами, но ещё долго планёр оставался на привязи.

Оставался на привязи - но парил в воздухе. В Китти-Хок сильные ветра, легко поднимают и планёр с пилотом. И лишь убедившись в безопасности, братья решаются на свободные полёты.

Уилбур Райт в полёте 10 октября 1902 года Уилбур Райт в полёте 10 октября 1902 года. Планёр уже получил задний руль направления. Управление высотой по-прежнему осуществлялось передним рулём

И наконец, братья привозят «Флайер» - точно такой же, как предыдущие планёры. Та же конструктивная схема. Только вместо мешков с песком теперь поставлен двигатель того же веса.

«Флайер» не аэроплан - а планёр. Что конечно не мешало ему летать. При достаточно сильном ветре, разумеется, ведь для планёра он переутяжелён. А настоящий аэроплан братья поднимут в воздух позже. Но и годы спустя их аэропланы будут стартовать не за счёт силы мотора, а влекомые тросом, на другом конце которого увесистый груз, бросаемый с высоты, как на этом снимке.

"Флайер" модели "А" и механизм его запуска, Франция 1909 год «Флайер» модели «А» и механизм его запуска, Франция 1909 год

Чего они не делали

Возможно это кому-то не понравится, но я осмелюсь сказать - братья Райт никогда не были популяризаторами авиации. Доказательства? Извольте.

Как Самюэль Кольт догадался в молодости запатентовать барабан для револьвера и юридически вошёл в историю как изобретатель, коим он на деле не был - тот же трюк намеревались провернуть и братья Райт. И трудно осуждать их за это. Они продукт своего времени, а ещё точнее - продукт американского общества, проникнутого идеей американской мечты. И всего лишь пытались следовать этому нехитрому рецепту счастья.

Я ни в коем случае не умаляю их собственных научных заслуг. Но как свои полёты они окружали тайной, так ещё большей тайной они окружали исследования. Они читали Лилиенталя - но сами не спешили публиковать свои открытия. Забеспокоились только когда уже в Европе, совершенно независимо от них, полетели аэропланы - и вот тогда братья стали бегать по судам, предъявляя свой патент. Некоторые предпочли уплатить склочным американцам отступное, кого-то принудил к этом суд. Но нервотрёпка судебных тяжб не прошла даром - один из братьев умер от переживаний за свой приоритет. Стоили этого отсуженные деньги?

В начале пути братьям помогали многие. Даже Китти-Хок они не смогли бы найти сами, без помощи других бескорыстных энтузиастов. Но в итоге братья рассорились со всеми. И судились даже со своими бывшими друзьями.

По-человечески, погоня за американской мечтой сделала финал жизни братьев Райт сплошной драмой. Конечно, и в этой драме были свои маленькие радости. А порой и неплохие деньги. Но не только счастье, а и своё заслуженное и столь желанное место чемпионов на пьедестале покорителей воздуха они потеряли, даже не успев вкусить славы. Потому что, пока они судились, авиацию поднимали в небо совсем другие люди. Я расскажу вам об одном.

Неисправимый романтик

Он родился в Бразилии, и правильно его имя произносится Алберту Сантус-Думонт (порт. Alberto Santos-Dumont). Но так уж вышло, что известность он завоевал во время жизни в Париже, а французы его называли на свой манер - Альберто Сантос-Дюмон. Но как бы его не называли, трудно найти человека, сделавшего больше для популяризации воздухоплавания и авиации.

Отец Альберто имел французские корни, был инженером и успешно внедрял технические новинки на своих плантациях, да так что его стали называть «кофейным королём Бразилии». Его сын с детства полюбил машины, научился управлять паровыми тракторами и локомотивом. А ещё к 10 годам прочёл все книги Жюля Верна, какие только смог найти. Если вам нужен портрет идеального ребёнка Эпохи Пара - то юный Альберто подходит как нельзя лучше.

В 17 лет Альберто переезжает в Париж. И первым делом покупает автомобиль. Но он уже мечтал о небе. Деньги отца позволили ему стать «первым воздушным спортсменом». Сперва он летал на воздушных шарах в качестве пассажира, затем сам освоил пилотирование, а в 1898 году построил собственный шар. Но это было не то.

С 1898 по 1905 годы он строит 11 дирижаблей. Теперь он может летать, не куда дует ветер, а куда хочет он сам. Занятно, но некоторые из его творений вместо мотора имели педальный привод! Сантос-Дюмон летал над парижскими улицами на уровне верхних этажей, а когда хотел выпить чашечку кофе, то приземлялся рядом с приглянувшимся кафе. 8 августа 1901 года такой полёт закончился катастрофой, когда из-за потери водорода дирижабль весьма неудачно опустился на крышу отеля Трокадеро. Взрыв отбросил Сантос-Дюмона, но по счастью не на землю. По слухам он зацепился обрывками ремней за карниз и повис чуть ли не прямо напротив окна в номер, где как раз расположилась влюблённая парочка.

Думается, что такие подробности не более чем досужая выдумка. Хотя ситуация вполне могла быть жизненной. И уж без сомнения паро-панковской. Только представьте себе: дама вскрикивает и прикрывается одеялом. А её кавалер удивлённо смотрит в окно на болтающегося Сантос-Дюмона:
  — Как понять Вас, мсье? И кто Вы, мсье? И что Вы делаете в нашем окне, мсье?
  — Я, изволите ли видеть, мсье, пилот дирижабля. Того самого, что только что взорвался на крыше этого отеля. А меня отбросило в Ваше окно...
  — О! - оживляется дама: - Дирижабли которые летают в небе! Любовь моя, давай пригласим этого мсье к нам? Это просто неприлично, что мы заставляем человека болтаться в окне, вместо того чтобы предложить ему шампанского. Закажи ещё бутылочку. Я так хочу послушать о дирижаблях!

Впрочем, скорее всего подобный разговор не произошёл бы. Ведь «малыш Сантос» как называли его парижане, был наверное самым узнаваемым человеком французской столицы. Он задавал моду, его стиль одежды копировали. Особенно его панаму. И даже наручные часы вошли в моду только потому, что их носил Сантос-Дюмон.

Авария не обескуражила Альберто. Через пару месяцев, 19 октября 1901 года он уже выиграл приз в 100 тысяч франков, совершив на другом дирижабле полёт вокруг Эйфелевой башни. А в 1903 году он позволил прокатиться на своём дирижабле женщине и доверил управлять полётом. Он был настолько известным, что в 1904 году его принимал в Белом Доме президент США Теодор Рузвельт. Тот самый президент, который отказался запретить отстрел бизонов, и благодаря которому бизоны в Америке изчезли (нынешние «бизоны» в национальных парках США - это завезённые туда ещё в «годы застоя» белорусские зубры). Впрочем, это не относится к нашей истории.

А затем он выиграл ещё один приз. В июле 1906 года Эрнест Аршдекон пообещал награду первому лётчику, сумевшему пролететь более 25 метров только с помощью собственного двигателя. А 23 октября 1906 года Сантос-Дюмон на глазах изумлённой толпы пролетел 60 метров на высоте двух — трёх метров.

Справедливости ради заметим, что к том времени братья Райт достигли уже куда большего. В полёте 4 октября 1905 года «Флайер-III» преодолел около 38,5 км за 33 минуты 17 секунд. И высота полёта, как видно из сохранившегося фото, была куда больше, чем у Сантос-Дюмона.

Но даже третий аэроплан братьев - стартовал только с помощью катапульты. А Сантос-Дюмон взлетал только за счёт силы мотора. Аппарат Райт ещё не имел шасси, взлетая со сбрасываемой тележки, разгонявшейся по рельсам. У аэроплана Сантос-Дюмона было полноценное шасси, позволявшее взлетать с любой ровной поляны. А самое главное - братья так тщательно скрывали свои достижения, что Сантос-Дюмон и другие энтузиасты изобрели всё самостоятельно.

Да, хоть и принято говорить «братья Райт были первопроходцами, своими успехами открывшими путь другим» - на деле всё не так. Известия о чужих успехах ничем не помогают. Но братья и успехи-то свои тщательно скрывали. Какие-то слухи о заокеанском полёте аж в 39 километров достигли тогдашнего центра авиации - Французского аэроклуба - в ноябре 1905. Был отправлен корреспондент с задачей разузнать всё на месте, и в январе 1906 года подтверждение было получено. Сам Аршдекон послал братьям Райт приглашение... они даже не удостоили его ответом. В итоге весь цивилизованный мир посчитал, что раз сами Райт не считают возможным подтвердить свой успех - значит успеха и не было.

Хотя Райт были гении и провели огромную научную работу, которая могла бы помочь многим - но на деле не помогла никому. Да и самим братьям, как мы уже видели, их достижения счастья не принесли.

Сообщение 1907 года в прессе Австралии о полёта Сантос-Дюмона 12 ноября 1906 года Сообщение 1907 года в прессе Австралии о полёта Сантос-Дюмона 12 ноября 1906 года

А 12 ноября 1906 года Сантос-Дюмон установил первый зарегистрированный мировой рекорд в авиации, пролетев 220 метров менее чем за 22 секунды. То есть скорость полёта составила 10м/с или 36км/ч - и это уже вполне аэропланная скорость.

Эта скорость достигнута Сантос-Дюмоном уже на втором полёте. Он совершал полёты в безветренную погоду, а значит ему удалось с первой попытки создать настоящий самолёт, а не планёр с мотором в качестве груза, каким был первый «Флайер» братьев Райт.

Но разумеется деятельный бразилец не остановился на достигнутом. И от биплана перешёл к моноплану, который назвал «Демуазель» («Demoiselle»). Это был полноценный самолёт с трёхколёсным шасси. Длина 8м, а размах крыла 5.1м. Конструкция столь проста, что самолёт был построен за 15 дней. После нескольких усовершенствований и замен двигателя, к 1909 году самолёт научился летать, развивая в полёте скорость до 100км/ч - это уже нормальная самолётная скорость. Сантос-Дюмон совершал на «Демуазель» даже перелёты в другие страны.

Но главное: Сантос-Дюмон разрешал всем желающим копировать его удачный аэроплан. Чертежи были напечатаны в июньском номере «Популярной механики» за 1910 год. Его аэропланы продавали промышленники, их самостоятельно строили энтузиасты. И все они летали. И нынешние копии «Демуазель» как правило летают без проблем. А вот попытки построить летающую копию «Флайера» почему-то проваливаются одна за другой. Думается тут опять же играет злую шутку скрытность братьев, «забывших» задокументировать некоторые особенности конструкции своего аппарата.

Сантос-Дюмон верил в разумный мир. В единый европейский дом. В котором люди будут летать друг к другу в гости на аэропланах. И ведь тогда многим будущее цивилизации казалось безоблачно мирным...

Возможно читатель не знает, но за 3 дня до начала Первой Мировой, английский королевский флот присутствовал на торжествах по случаю годовщины открытия немецкого кильского канала. Внезапно пришёл приказ вернуться в Англию. Уходя англичане подняли на мачтах своих кораблей флажковый сигнал «Англичане и немцы братья навек». Через месяц они уже убивали друг друга...

Жизнь бывает несправедлива. Сантос-Дюмона постиг целый ряд бедствий. Авиакатастрофа с тяжёлой травмой и последовавшей болезнью поставили крест на полётах. Вызванное этим расстройство нервов. Подозрительность. Необоснованный арест, и хотя в итоге всё закончилось благополучно, но под влиянием эмоций Сантос-Дюмон сжёг весь свой архив, все чертежи и записи.

А затем война. И Сантос-Дюмон посчитал себя ответственным за то, что создал аэропланы, которые превратились в оружие. Эта мысль не оставляла его до конца дней, и довела его до самоубийства.

Бетмен паро-панка

Звали его Адер Клеман, был он французом и успешно занимался электротехникой. Но задумался он как летают летучие мыши, да и построил по их подобию свой аэроплан под названием «Эол», снабдив его паровой машиной собственной конструкции, мощностью в 20 лошадиных сил. Размах крыльев был немного меньше 13 м, а вес аппарата вышел около 300 кг. И 9 октября 1890 года Адеру удалось пролететь с полсотни метров.

Чёртёж «Эола» из патента Адера Клемана Чёртёж «Эола» из патента Адера Клемана

Правда управляемым полёт не был. Но тогда на эту «малосущественную» деталь внимания не обратили, и военное министерство Франции выделило деньги на постройку большого аппарата «Авьон-III». У него были крылья размахом 14.5 м, и не один, а уже два винта, каждый со своей паровой машиной мощностью уже в 30 л.с.

Авьон-III, ретушированное фото 1897года Авьон-III, ретушированное фото 1897года

Но попытка взлёта 14 октября 1897 года закончилась крушением. Да таким неудачным, что часть зрителей даже не заметила, отрывался ли аэроплан от земли. Думается, что всё же оторвался, но в воздухе потерял устойчивость, свалился и разбился. И сваливание как раз явилось следствием отсутствия нормально управления полётом.

Мораль, даже три, у сей истории таковы:

  • Управление полётом самое важное условие успешного полёта! И как мы видели, братья Райт годы потратили на выработку именно управления. И лишь потом поставили мотор на свой планёр.
  • Не стоит подводить таких важных заказчиков как военное ведомство. Ведь из-за провала военные были так раздосадованы, что не сделали официального заявления - и приоритет успешного полёта Адера Клемана на «Эоле» оказался забыт в пользу полёта «Флайера» братьев Райт.
  • И не стоит слишком копировать природу. Не всё существующее в мире животном, может быть успешно воплощено в мире механизмов.

Сердце - мотор

3 ноября 1881 года Александру Фёдоровичу Можайскому выдан первый в России патент на самолёт. Не будем вступать в полемику летал ли он, а рассмотрим те свидетельства которые можно считать достоверными.

Можайский не был первым в мире. До него ещё в 1857 году получил патент на самолёт француз Феликс дю Тампль. Достоверно известно, что самолёт дю Трампля был построен. И возможно даже во время испытаний отрывался от земли.

Чертёж из патента дю Тампля 1857 года Чертёж из патента дю Тампля 1857 года

Зато о Можайском известно, что прежде чем взяться за самолёт в натуральную величину, он провёл большую экспериментальную работу. В 1876 году Можайский летал на планёре-змее собственной конструкции, который тянула тройка лошадей. Демонстрировал полёты модели самолёта с пружинным двигателем, которая взлетала с собственного шасси, да ещё и могла нести на себе в качестве груза кортик морского офицера. Это весьма серьёзное достижение для модели.

+ увеличить картинку + Чертёж самолёта Можайского из «Привилегии» 1881 года Чертёж самолёта Можайского из «Привилегии» (говоря современным языком - патента) 1881 года

Наконец постройка собственно самолёта. Диковинная на наш современный взгляд конструкция - баркас с приделанными прямоугольными крыльями. Три винта, вращаемые от двух двигателей.

И какие же это были двигатели?

Первоначально Можайский хотел ставить двигатели внутреннего сгорания работавшие на сырой нефти. Вспомним, что только бензиновый мотор позволил взлететь первому «Флайеру» братьев Райт. Но вот незадача: даже во времена братьев Райт ни одна американская фирма не могла создать бензомотор весом не более 80 кг. И братьям пришлось переделывать мотор самостоятельно. И как мы помним, мощность получившегося мотора была 12 лошадиных сил.

А уж во времена Можайского достать мотор внутреннего сгорания нужной мощности не представлялось возможным тем паче. И Можайский поставил паровые машины...

Понятное дело, что взлететь на паровой машине невозможно. Это аксиома. Мы знаем, что из-за лишнего века топки, котла и воды в нём, паровая машина получается гораздо тяжелее бензомотора. И вот, пожалуйста, убедитесь: на аэроплане Можайского стояло 2 паровых машины - одна, весом около 48 кг, выдавала 20 лошадиных сил, а другая, весом около 29 кг, выдавала 10 лошадиных сил. А теперь вернитесь на абзац назад и прочитайте снова сколько весил усовершенствованный братьями Райт мотор и сколько «лошадей» выдавал.

Что же получается: по удельной мощности паровая машина в несколько раз превосходила бензомотор?

Да, именно так и обстояло дело в начале XX века. Паровые машины были уже вполне совершенны, а двигатели внутреннего сгорания «чихали». Вдобавок если двигатель внутреннего сгорания капризен к топливу и воздуху, то паровая машина это двигатель внешнего сгорания, ему как топливо сойдёт всё что горит. И поэтому уже в эпоху бензина, в 1933 году в США был построен и успешно летал самолёт с паровой машиной в качестве двигателя. И это было и удобно в эксплуатации, и дёшево, и между прочим от паровой машины почти не было шума в сравнении с громовым рокотом форсированного бензомотора.

Уже имея паровую машину можно взлететь и летать ни чуть не хуже, а может и лучше, чем на бензомоторе. Но и это ещё не все секреты.

Отбросим пламенное сердце

В пылу полемики о том, какой двигатель мог поднять аэроплан в воздух - только бензиновый или уже паровой - мы как-то упустили из виду, что вообще-то для полёта двигатель не является необходимым. Да! Планёр то же способен к полёту. И первый «Флайер», как мы уже видели, был по сути своей планёром. Мотор которого физически не мог способствовать полёту, потому что каждая его лошадиная сила должна была двигать через воздух аж 30 кг веса. Это неподъёмная ноша, и вращающиеся винты не столько толкали самолёт вперёд, сколько своим сопротивлением тормозили его. Вот кабы скинуть бесполезный мотор - а это 77 кг да плюс топливо - то осталось бы около 260 кг вместе с пилотом. И тогда нагрузка на крыло была бы 5.5 кг/м², что уже вполне приемлемо для планёров первой половины XX века.

Много позже, с развитием технологии и науки, планёры научились летать с куда большей нагрузкой на крыло. Для современных планёров она составляет 30 кг/м². И даже дельтапланы нынче летают с нагрузкой до 18 кг/м². Но за век намного улучшилась аэродинамика аппаратов.

Есть такое понятие - аэродинамическое качество. Совсем просто его можно выразить так: оно равно тому расстоянию в километрах, которое пролетит аппарат без двигателя, будучи пущенным с высоты в 1 километр. Так вот для современных планёров это качество лежит в районе 50 единиц. Полсотни километров свободного полёта без затрат топлива. Да он скользит вообще не возмущая воздух! Нет возмущения - нет и турбулентных завихрений, порождающих сопротивление. А какое было типичное аэродинамическое качество для «этажерок» с их расчалками и растяжками? Хорошо если 4. То есть, немногим лучше, чем у топора.

Поэтому единственный реальный резерв улучшения лётных качеств на заре авиации - это снижение веса конструкции. И тут как раз возврат к планёру без двигателя давал замечательные резервы. Нет нужды не только в лишнем весе мотора, но и от тяжёлой моторной рамы можно отказаться. Топливо и винты - выбросить. И раз нагрузка стала меньше, то всю остальную конструкцию можно сделать легче. И уже на таких облегчённых планёрах начать летать и отработать управление полётом. Собственно как и делали братья Райт. Но поспешили установить мотор. А напрасно.

Когда в 30-е годы XX века планеризм превратился в массовое увлечение, почти сбылась мечта Сантос-Дюмона. В воздухе летали тысячи и тысячи людей - самых простых людей. На планёрах совершали беспосадочные перелёты в сотни километров. Ведь легчайшего восходящего потока воздуха достаточно, чтобы поднимать планёр всё выше и выше. А уж в погожий ясный день таких потоков предостаточно. И научившись ловить эти потоки, планёры стали не просто летать. Они освоили фигуры высшего пилотажа, включая мёртвую петлю. Ухитрялись летать на грозовом фронте, используя могучую силу ветра - и не тратя топливо.

И такой планёр из еловых реек и полотна мог построить и Леонардо да Винчи. А может быть даже и Тутанхамон. Да везде, где запускали воздушных змеев, оставался лишь шаг до планёра - летательного аппарата тяжелее воздуха. Нет технических препятствий для появления авиации задолго до Эпохи Пара. Скорее уж удивительно её запоздалое появление в нашей реальной истории.

Лететь хвостом вперёд

Последняя загадка это управление полётом. Нынче мы прекрасно знаем, как это осуществляется - есть ручка или штурвал управления, управляющие рулями на хвосте, и педали, управляющие элеронами на крыльях. Последние наиболее важны, ведь повороты планёр или самолёт производят входя в вираж - а это без элеронов невозможно. Это аксиома и на ней стоит так называемая классическая схема, в которой хвостовое оперение расположено где-то сзади за несущими крыльями.

Но такое хвостовое оперение работает как антикрыло. Да-да, не удивляйтесь. Представьте воздушного змея, если делали его в детстве. Рамка из реек, натянутая на неё бумага - по сути это крыло, с замечательно низкой удельной нагрузкой - такой что дунь на него и взлетит. Ну, что, запускаем?
Не летит...

И не полетит наш воздушный змей, пока не приделаем к нему хвост из мочала. Лента хвоста - это сопротивление воздуху и вес, который стабилизирует крыло змея относительно воздушного потока - и вот тогда змей парит.

Но, заметим, сам хвост - с точки подъёмной силы это паразит. Чтобы развернуть нашего змея к набегающему ветру, хвост из мочала тормозит краешек его крыла. Правда за счёт этого разворота к ветру крыло наполняется воздухом и получает подъёмную силу - но всё же хвост работает как воздушный тормоз и его вклад в подъёмную силу змея отрицательный.

То же самое делает и хвостовое оперение самолёта классической схемы - оно создаёт отрицательную подъёмную силу. И не так уж мало - примерно 10-15%. Уменьшить отрицательный эффект можно, уменьшив создающую его площадь. То есть желательно сделать хвост поменьше. Но чтобы сохранить его эффективность, по правилу рычага, нужно отнести его подальше от крыла. Только бесконечно отодвигать хвост невозможно, да и слишком тяжёлой длинная хвостовая балка выйдет. Так что приходится искать компромисс и мириться с потерей немалой доли подъёмной силы в классической схеме.

Но так летают птицы! Уж наверное Природа давно придумала бы иное решение, если б оно было? Однако Природа так и не создала колеса - звери ходят ногами - но шагающие машины создать оказалось крайне сложно. Из чего мораль: не всё, что легко Природе воплотить в живых существах, так же легко воссоздать в механизмах.
Для механизма должно быть иное решение.

Да, не так сложно сделать первый планёр - как сложно придумать систему управления им.

Однако сложно это лишь пока мы рассуждаем о классической схеме с её хвостом сзади, к которому из кабины лётчика протянуты многочисленные тросы управления, пропущенные через блоки и качалки. И любой узел может выйти из строя - трос разорваться, качалка заклинить, блок слететь с оси. И сложно и не слишком надёжно получается. Но есть и другая аэродинамическая схема с забавным названием «утка». К реальной утке она не имеет никакого отношения, потому что утка настоящая не летает хвостом вперёд. Но когда парижане видели полёт первого аэроплана Сантос-Дюмона, то прозвали его конструкцию «уткой» за внешнее сходство. А самолёты схемы «утка» летают именно «хвостом» вперёд. И что же это даёт?

А то, что «хвост» впереди даёт положительную подъёмную силу. Это когда он сзади основного крыла, то для стабилизации должен толкать вниз - а будучи впереди он обеспечивает стабилизацию, толкая вверх. «Утка» обладает большей подъёмной силой - так нужной для успешного взлёта архаичных аэропланов.

Мысленно сконструируем сверх-лёгкий планёр древности. Грузоподъёмностью на одного пилота. Теперь представим, что пилот нашего планёра-«утки» будет сидеть на нём словно современный байкер. Руками он держится за переднее рулевое крыло. И это крыло он может крутить как ему вздумается - то есть и наклонять вверх или вниз и проворачивать вокруг оси, вращая по часовой стрелке или против. Такой шарнирный подвес крыла создать совсем несложно - его можно просто привязать канатом, оставив свободу вращения. Ну а верёвки были и в самой глубокой древности.

Что же получается: нет управляющих тросов, которые могут порваться - значит аппарат стал надёжнее. Управляющее крыло у пилота прямо в руках, как руль байка. Пилот надёжно контролирует его. И рулит этим крылом практически интуитивно - куда отклоняет крыло, туда вслед за ним направит свой нос и планёр. Это намного удобнее, чем отклонение рулей где-то там на хвосте. Понять такое простое управление в силах даже необразованный дикарь!

Единственное слабое место в этой схеме - отсутствие элеронов на основных несущих поверхностях. Кажется, без них не создать крен, а значит не выйдет войти в вираж и совершить поворот? Но взглянем ещё раз на «Флайер» - у него то же не было элеронов! И на первом аэроплане Сантос-Дюмона их то же не было, а он летал. И были и другие самолёты без элеронов.

Элероны весьма желательны, но не обязательны. С элеронами управлять самолётом лучше, но добиться управляемого полёта можно и без них. Не верите? Взгляните на дельтапланы, они не имеют элеронов - а тысячи и тысячи их летают. Есть особый класс сверхлёгких планёров, называемый жёсткими дельтапланами - и у них то же нет элеронов, а летают они замечательно.

А потом, когда появляется паровая машина, на планёр можно установить двигатель - и рождается аэроплан точно так же, как родился мотодельтаплан из дельтаплана обычного.

Необъяснимая загадка

Развитие всегда идёт от простого к сложному. Например, корабли развивались так: сперва случайное бревно - затем из него догадались выдолбить чёлн - гребли вёслами, пока не заметили что парус позволяет уловить силу ветра - затем от прямых парусов перешли к косым, лучше работающим на боковых ветрах - и научились плавать галсами, порой даже против ветра - и лишь в конце поставили двигатель. А известная нам история авиации такова:

  • первым весьма вероятно отрывавшимся от земли аппаратом тяжелее воздуха был аэроплан де Трампля, сконструированный в 1857 году и имевший весьма прогрессивную конструкцию - каркас из алюминиевых трубок, обтянутый полотном. Так будут строить лучшие истребители и во Вторую Мировую. Авиация сразу началась с необыкновенно совершенного аппарата, которому если чего и не хватало, то только мощности двигателя
  • но лишь примерно 20 лет спустя Отто Лилиенталь задумался о причинах парения птиц! Разве это не то самое очевидное, с чего следовало бы начать путь в небеса? Однако только Лилиенталь сумел разгадать секрет парения, а поняв его, принялся строить планёры и совершил около 2 тысяч полётов, пока не разбился.
    Отто Лилиенталь со своим планёром. Позже он добавит ещё крыло сверху и так изобретёт биплан Отто Лилиенталь со своим планёром. Позже он добавит ещё крыло сверху и так изобретёт биплан
    Важной в данном случае особенностью планёров Лилиенталя было отсутствие каких-либо специальных устройств для управления. Ни элеронов, ни рулей, ни штурвала или педалей. Вместо этого его планёры были балансирными - то есть управлялись смещением веса тела пилота. Самое естественное решение! Простейшее решение! Которое придумано спустя 20 лет после рождения самолёта?
  • но ещё проще крыло Рогалло, более известное нам как дельтаплан. В сущности дельтаплан это тот же самый воздушный змей. Поначалу именно так на дельтапланах и летали - прицепляли трос к катеру и тот тянул его за собой на морской гладью - точно так же поднимают в небо и воздушного змея. Всё отличие дельтаплана от змея лишь в наличии простейшего балансирного управления. Везде где запускали воздушных змеев, в любом веке и тысячелетии уже могли строить дельтапланы и летать на них. И однако придумана эта элементарнейшая конструкция Френсисом Рогалло лишь во второй половине XX века.

Как и почему простейший дельтаплан родился не раньше, а позже технически сложного самолёта, да к тому же позже на целый век? Хотя по логике развития цивилизации должен был появиться на сотни, а может и тысячи лет раньше.


ноябрь 2017г
Алексей «Рекс»
Я люблю паро-панк Поддержи сайт
купи наши игрушки
Письмо
автору
  Поддержи
автора
Сайт существует с 16.12.2017