Разработка первых моделей самолетов


Авиа́ция (фр. aviation, от лат. avis — птица) — теория и практика полёта в атмосфере, а также совокупное наименование связанных с ними видов деятельности. Для обеспечения полётов создается Авиационная инфраструктура.

История сохранила много свидетельств о попытках человека решить проблему полета. По преданию, еще в XI веке английский монах Оливье будто бы пытался совершить полет с башни монастыря на двух крыльях. Однако полет Оливье окончился неудачей: монах сломал себе ноги.

Мечта человечества о полёте, возможно, впервые была реализована в Китае, где полёт человека, привязанного (в виде наказания) к бумажным змеям был описан в VI веке н. э. Позднее первый управляемый полёт на дельтаплане совершил Аббас ибн Фарнас в Аль-Андалусе в IX веке н. э. У Леонардо да Винчи (XV в.)

Рисунок 53 - Махолёт Леонардо да Винчи

Спустя пять столетий после ибн Фирнаса Леонардо да Винчи нарисовал чертёж дельтаплана, в котором внутренние части крыльев были зафиксированы, а некоторые поверхности управления смещены к концам (также как при планировании у птиц). В то время как его проекты существуют в чертежах и считаются пригодными к полёту в принципе, он непосредственно никогда не летал на своих аппаратах. По его чертежам, и из материалов, доступных в то время, в конце XX века был построен аппарат, который мог летать. Однако, его схематичный проект реализовывался с учётом современных знаний о аэродинамических принципах, и полетел бы построенный самим Леонардо аппарат, неизвестно. Модель, которую он строил для испытательного полёта в 1496, не летала, а некоторые другие проекты, такие как прообраз вертолёта с четырьмя людьми на борту, имеют серьёзные недостатки.

В XVII веке турецкий путешественник Эвлия Челеби сообщил, что в 1630—1632 он видел турецкого учёного Хезарфена Ахмеда Челеби, который на аппарате с крыльями, перелетел Босфор. Он спрыгнул с Галатской башни (высота 55 м) в Стамбуле, и предположительно пролетел расстояние около 3 км, приземлившись на другой (азиатской) стороне Босфора, без каких-либо травм. Планирующий полёт на расстояние 3 км с высоты 55 м потребовал бы использование современного планера и хорошие навыки и практику управления им, хотя известно, что Челеби начал заниматься своим аппаратом задолго до своего полёта.

В 1633 брат Хезарфена, Лагари Хасан Челеби поднялся в воздух на ракете, которая была сделана из большой клетки с конической вершиной, заполненной порохом. Это был первый известный пример полёта пилотируемой ракеты и аппарата с искусственным двигателем. Полёт был совершён во время празднований в честь рождения дочери султана Мурада IV. Эвлия сообщил, что Лагари совершил мягкую посадку при помощи крыльев, прикреплённых к его телу и сыгравших роль парашюта после того, как порох был использован. Полёт продолжался по оценкам около 20 секунд, максимальная высота достигала порядка 300 метров.

В XVII в. полет на крыльях пытался осуществить французский механик Венье. В записях русского боярина Желябовского рассказывается о мужике, бившем челом государю Алексею Михайловичу и просившем 18 рублей из государевой казны на постройку слюдяных крыльев, на которых он обещал полететь, «аки журавль». После неудачи им было испрошено еще 5 рублей на изготовление «игшенных» (замшевых) крыльев. Но полет опять был неудачным, за что изобретателя били батогами, а деньги вернули в казну, продав его имущество.

Попытки осуществить полет при помощи крыльев, приводимых в движение мускульной силой, были обречены на неудачу. Более плодотворными явились попытки осуществить полет на аппарате легче воздуха.

Идея таких полетов развивалась параллельно с идеей полетов с помощью крыльев. В Китае с давних пор были известны так называемые «летающие драконы», которые наполнялись горячим воздухом или дымом, сообщавшим им способность подниматься. От китайцев «драконы» были заимствованы парфянами и индусами, а в средние века — европейцами.

В 1731 г. неизвестный изобретатель-самоучка в Рязани наполнил горячим дымом матерчатый шар и пытался подняться на нем в воздух.

Вполне достоверные исторические сведения имеются о демонстрации в Париже в июне 1783 г. полета воздушного шара-аэростата, наполненного нагретым воздухом, изобретенного братьями Жозефом и Этьеном Монгольфье. В ноябре этого же года на шаре Монгольфье впервые поднялись люди. В декабре 1793 г. по предложению французского ученого Шарля был совершен полет на шаре, наполненном водородом. Полет длился 2,5 часа.

В 1805 г. русский академик Я. Ф. Захаров совершил полет для исследования атмосферы, продолжавшийся 3 часа 45 минут. В дальнейшем аналогичные полеты совершались и в других странах.

С начала XIX в. начинает развиваться военное применение аэростатов. В 80-х годах выдвигаются проекты управляемых аэростатов. Во второй половине XIX в. разрабатываются также вопросы применения аэростатов с двигателями. В 1852 г. француз Жиффар первый осуществил полет на дирижабле с паровым двигателем.

В развитии дирижаблестроения большое значение имели работы К. Э. Циолковского (1857-1935), усовершенствовавшие дирижабль. В 1893-1894 гг. в Петербурге был построен и наполнен газом опытный цельнометаллический дирижабль по проекту инженера Д. Шварца. Практическая реализация этих идей связана с работами немецкого ученого Цеппелина. В 1900 г. в Германии был осуществлен первый полет на дирижабле подобной Александр Федорович Можайский, конструкции.

Однако дирижабли, как ранее и воздушные шары, не решали проблему завоевания воздушного океана. В XIX в. было построено много различных летающих аппаратов тяжелого воздуха — «механических птиц», снабженных крыльями и воздушными винтами. Медленно, но верно изобретатели шли от модели к созданию настоящих аэропланов.

Первый аэроплан был создан замечательным русским изобретателем А. Ф. Можайским (1825-1890). В 1860 г. Можайский приступил к исследованию возможности создания летательной машины тяжелее воздуха. Он изучал строение крыльев птиц, определял соотношения между площадью крыльев и весом у птиц, устанавливал скорости парящего полета. Затем он стал исследовать полеты воздушных змеев. Одновременно Можайский изучал работу воздушных винтов. В отличие от многих изобретателей того времени, строивших летательные машины с машущими крыльями, Можайский с самого начала своей работы твердо стал на путь создания летательной машины с неподвижным относительно корпуса крылом.

В 1876 г. в Петербурге проводилась публичная демонстрация полета моделей А. Ф. Можайского, которые вызвали сочувственные отклики в печати. В 1880 г. он подал заявку на изобретенный им самолет с паровым двигателем.

По приложенному чертежу видно, что самолет Можайского имел все пять основных частей, которые имеются и в современных самолетах,- крылья, корпус, силовая (винтомоторная) установка, хвостовое оперение и шасси. Назначение и взаимное расположение этих основных частей в самолете Можайского были те же, что и в современных самолетах-монопланах. На своем самолете Можайский предлагал поставить двигатель внутреннего сгорания. Однако вследствие его несовершенства был вынужден применить в качестве двигателя паровую машину. С 1882 по 1885 г. Можайский ежегодно проводил опыты со своим «воздухолетательным снарядом». В одном из таких испытаний осенью 1884 г. на военном поле в Красном Селе под Петербургом самолет Можайского оторвался от земли и пролетел небольшое пространство.

Работы в области авиации продолжались и в других странах. В 1892 г. английский конструктор Г. Филиппе создал первый большой аэроплан, поднявшийся в воздух, хотя и без человека.

Затем большой аэроплан построил американец Хирам Максим. В 1898 г. был осуществлен полет на этой машине. После разбега самолет поднялся, но тут же накренился на бок и упал, так как не обладал устойчивостью в воздухе. Несколько аэропланов было построено во Франции Клеманом Адером. На самолете Адера, на котором находился человек, в 1897 г. был осуществлен полет на расстоянии 300 м. Однако при спуске самолет разбился.

В 1877 Энрико Форланини создал беспилотный вертолет, оснащённый паровым двигателем. Он поднялся на высоту 13 метров, где оставался в течение около 20 секунд, вертикально взлетев в парке в Милане.

220px-HE2G8

Рисунок 54 -  Вертолёт Поля Корню, построенный в 1907, был первой летающей машиной, которая поднялась над землёй, используя крутящиеся лопасти вместо крыльев

 В области освоения техники полетов значительны работы немецкого инженера Отто Лилиенталя (1848- 1896), сосредоточившего свои усилия на изучении способов скользящих планирующих полетов, аналогичных парящему полету птиц. В 1889 г. Лилиенталь опубликовал работу «Полет птиц, как основа авиации». В 1891 г. им были проведены первые опыты скользящего полета против ветра на крыльях. В течение 5 лет он совершил на своих планерах около 2 тыс. опытных полетов, добиваясь устойчивости аппарата в планирующем полете. В 1896 г. при полете в сильный ветер планер Лилиенталя потерял устойчивость в воздухе и разбился. Изобретатель погиб.

Следующий технологический прорыв был совершён в 1884, когда был осуществлён первый полностью управляемый свободный полёт на французском военном дирижабле с электрическим двигателем La France Шарлем Ренаром и Артуром Кребсом. Длина дирижабля составила 52 м, объём — 1 900 м³, за 23 минуты было покрыто расстояние в 8 км при помощи двигателя мощностью 8 1/2 л. с.

Тем не менее, эти аппараты были недолговечны и чрезвычайно непрочны. Регулярные управляемые полёты не совершались до появления двигателя внутреннего сгорания.

Однако дирижабли использовались и в Первой, и во Второй мировых войнах, и продолжают ограниченно использоваться и в наши дни, но их развитие было в значительной степени заторможено развитием аппаратов тяжелее воздуха.

Рисунок 55 - La France в 1884, первый полностью управляемый дирижабль

 Трагическая гибель Лилиенталя не остановила работы энтузиастов воздушных полетов. Во многих странах появились последователи Лилиенталя. Англичанин Пильчер построил планер типа конструкции Лилиенталя, немного изменив лишь форму крыльев. Совершив ряд успешных полетов, в 1889 г. Пильчер разбился вместе со своим аппаратом, попытавшись произвести полет при сильном ветре.

Альберто Сантос-Дюмон совершил публичный полёт в Европе 13 сентября 1906 в Париже. Он использовал элеватор-утку и крыло с положительным углом, пролетел при этом расстояние в 221 м. Впервые самолёт не нуждался во встречном ветре и катапульте, поэтому часто этот полёт рассматривают как первый истинный полёт самолёта с двигателем. Также, так как более ранние полёты Пирса, Ято, Уотсона и братев Райт получили меньше внимания в прессе, чем полёт Сантаса-Дюмона, он был очень важен с точки зрения привлечения внимания общества к авиации, особенно в Европе и Бразилии.

Работы пионеров воздухоплавания имели громадное значение для накопления опыта развития идеи полета в воздухе. С начала 90-х годов начинают свои работы в Америке братья Уилбур и Орвилл Райт — фабриканты велосипедов в Южной Каролине. В 1903 г. они на своем опытном планере поставили двигатель внутреннего сгорания. Братья Райт произвели на своем примитивном аэроплане несколько полетов. При довольно сильном ветре аэроплан все же имел самостоятельную скорость в 4-5 ж в секунду.

В 1907-1908 гг. братья Райт построили ряд более совершенных аэропланов.

В то же время со своими летательными аппаратами выступили англичанин Арчдикон, французы Делягранж, Блерио и многие другие изобретатели.

Однако существенных успехов пионеры воздухоплавания в это время не добились. Качественный сдвиг в самолетостроении произошел лишь к 20-м годам нашего столетия. Однако работы первых исследователей имели огромное значение. В их процессе был накоплен большой опыт, послуживший основой бурного развития авиации в наше время.

8 июля 1908 Тереза Пельте стала первой женщиной, которая поднялась на самолёте в качестве пассажира, совершив полёт на 200 м с Леоном Делагранжем в Милане, Италия.

Томас Селфридж стал первым человеком, погибшим в авиакатастрофе самолёта 17 сентября 1908, когда самолёт, пилотируемый Орвиллом Райтом и пассажиром которого был Селфридж, разбился во время испытаний для заключения контракта с Армией США в Форт Майр в Вирджинии.

В конце 1908 госпожа Харт О. Берг стала первой американкой, которая стала пассажиром самолёта, пилотом был Уилбер Райт, полёт состоялся в Ле-Ман, Франция.

25 июля 1909 Луи Блерио на моноплане Blériot XI пересёк Ла-Манш, получив приз газеты Daily Mail. Его полёт из Кале в Дувр продолжался 37 минут.

22 октября 1909 Раймонд де Ларош стала первой женщиной-пилотом, совершившей одиночный полёт на аппарате тяжелее воздуха с двигателем. Она же стала первой женщиной в мире, которая получила лицензию пилота.

Разногласия по вопросу приоритета в создании самолета состояли в том, что Пирс и Ято не утруждали себя информированием прессы о своих изобретениях, в отличие от братьев Райт, которые запатентовали своё изобретение и провели серьёзную рекламную кампанию, кроме того, многие первые самолёты, возможно, были лишь простейшими изобретениями. Например, румынский инженер Траян Вуя (1872—1950), как утверждалось, построил первый самодвигающийся аппарат тяжелее воздуха, способный самостоятельно взлетать без использования встречного ветра и полностью управляемый его собственным двигателем. Вуя пилотировал самолёт, который он разработал и построил 18 марта 1906, в Монтессоне около Парижа. Ни один из его полётов не был длиннее 30 м. Для сравнения, в октябре 1905, братья Райт уже совершили полёт 39 минут и дальностью 39 км.

Первый пилотируемый вертолёт, который поднялся над землёй, был сконструирован Полем Корню. Этот полёт состоялся в 1907 году, однако первым практическим вертолётом был Focke FA-61 (Германия, 1936).

В 1929 Джимми Дулиттл разработал пилотажно-навигационные приборы.

В 1930-е началась разработка реактивного двигателя началась в Германии и в Англии. В Англии Фрэнк Уиттл запатентовал разработанный им реактивный двигатель в 1930 и в течение десятилетия работал над его усовершенствованием. В Германии Ханс фон Охайн запатентовал свою версию реактивного двигателя в 1936 и начал работу над его усовершенствованием. Эти два человека работали независимо друг от друга, и к концу Второй мировой войны и Германия, и Великобритания строили реактивные самолёты.


Разработка первых моделей самолетов