С самых древних времён взор человека был устремлён к небу. Мало найдётся людей, которые не знают легенду об Икаре и Дедале. Все мы знакомы, хотя бы поверхностно, с опередившими время проектами да Винчи и попытками средневековых изобретателей поднять в небо махолёт, приводимый в движение мускульной силой человека.
Но кто же первым создал машину тяжелее воздуха и поднял её в небо? Некоторые скажут, что это сделали братья Райт. Кто-то назовёт фамилию Можайского. А кто-то даже, возможно, вспомнит такое имя – Жан Мари Ле Брис.
Давайте начнём с того, что уточним понятие «самолёт». Вы удивитесь, но в России XIX-го века словом «самолёт» называли челнок ткацкого станка, если верить словарю Бурнашева 1843 года. А в некоторых губерниях Российской империи в XIX-м веке «самолётом» и вовсе называли самое примитивное орудие для пахоты типа сохи.
Нет, сегодняшняя публикация будет посвящена не ткацкому ремеслу. И даже не русским пахарям. Мы поговорим о том, кто же на самом деле изобрёл самолёт.
Что такое самолёт?
И для начала давайте дадим определение: самолёт – это машина, которая умеет летать. Любой такой аппарат должен быть тяжелее воздуха, только тогда он будет считаться самолётом. Его предназначение – полёты в атмосфере. Приводится в движение самолёт с помощью двигателя. Подъёмную силу, которая позволяет самолёту летать, обеспечивают неподвижные крылья специальной формы.
Все другие летательные аппараты, такие как мускулолёты, махолёты, орнитоптеры, дельтапланы (впервые предложен да Винчи), вертолёты (проект первого вертолёта также предложил да Винчи), воздушные шары и дирижабли самолётами не являются.
Пионер авиации
В роли помощника в нашем сегодняшнем путешествии в историю давайте используем воображаемую машину времени. И отправимся с её помощью в XVIII век. Где познакомимся с английским учёным и изобретателем сэром Джорджем Кейли шестым баронетом Бромптон.
Джордж Кейли Впервые задумался над созданием летательного аппарата тяжелее воздуха в 1790 годах. Он наблюдал за тем, как птицы ведут себя в полёте, и сопоставлял размах их крыльев с размерами и весом птицы (но без анатомических подробностей, конечно!). Джорджа Кейли считают первооткрывателем аэродинамической подъёмной силы крыла. Он был первым, кто описал этот эффект в своей научной работе. Кейли также впервые провёл аэродинамические эксперименты по изучению сопротивления воздуха и обтекаемости летательного аппарата (ЛА), открыл центр давления ЛА и обнаружил увеличение подъемной силы несущего крыла в зависимости от плавного искривления его поверхности, а так же описал принципы работы планёра и парашюта. В своих работах Кейли дал определение всем частям конструкции самолёта – фюзеляжу, несущему крылу, хвостовому оперению. И в 1799-м году он опубликовал свою концепцию летательного аппарата с неподвижным крылом, силовой установкой и системой управления. То есть, по сути, Кейли создал концепцию современных самолётов! В 1799 году!
Что общего у самолёта и танка?
Справедливости ради стоит отметить, что круг интересов этого талантливого учёного и изобретателя не замыкался только на принципах аэродинамических полётов. Джордж Кейли также изобрёл колесо со спицами из стальных прутьев, то есть, по сути, современное велосипедное колесо. И это было второе в истории изобретение колеса после шумеров. Изобретение такого колеса было вызвано необходимостью снижения веса колёсного ЛА. А ещё Кейли изобрёл трубный котёл для паровой машины, двигатели внутреннего сгорания нескольких модификаций и (очень неожиданно!) гусеницы для тракторов и танков. И даже получил патент на них! Знали ли вы об этом, мои дорогие друзья? У агрегатов танка и самолёта, оказывается, один и тот же отец! Изобретения Кейли намного обогнали своё время. И поэтому не были реализованы при жизни учёного.
У истоков современной авиации
Но давайте вернёмся к теме нашего сегодняшнего повествования – самолётам. Ну рубеже 18-19 веков сэр Кейли начал испытания моделей планёров. Это такие ЛА, которые не имеют двигательной установки. Цель работы исследователя заключалась в определении оптимальной конструкции аппарата. И в 1804 году он создал первую в истории человечества действующую модель летательного аппарата, который был тяжелее воздуха. Этот ЛА имел вполне узнаваемую для современного человека компоновку планёра: наклонное вперёд крыло (Кейли интуитивно открыл ещё и угол атаки), управляемое хвостовое оперение и задний стабилизатор.
Далее Кейли начал изучать аэродинамические характеристики полёта ЛА. Полученные им данные и заложили, в общем-то, впоследствии, основы аэродинамики. Работы производились с помощью созданной исследователем специально для этой цели первой в мире ротативной аэродинамической установки, предназначенной для испытания моделей самолётов.
На практике это выглядело как горизонтальный брус с противовесом, вращающийся вокруг вертикальной оси. На торец бруса, движущийся по траектории большего круга прикреплялась модель корпуса ЛА, и при быстром вращении проводились измерения зависимости подъёмной силы крыла от угла воздушной атаки. Это звучит как фантастика, но Джорджу Кейли с помощью вращающегося бревна удалось точно определить зависимость подъёмной силы от угла атаки, которая абсолютно полностью совпадает с данными современных аэродинамических измерений!
Справедливости ради следует отметить, что впервые ротативную машину создал в 1746 году британский учёный-математик и военный инженер Бенджамин Роббинс. Но он занимался не авиацией, а изобретениями в области артиллерии и нарезных стволов. Исследователь опубликовал работу под названием «Новые принципы артиллерийского дела», из которой следует, что на своей машине он испытывал различные формы головной части артиллерийских снарядов. В отличие от Роббинса, в своей установке Джорж Кейли установил жёсткий цилиндрический экран с круговым пазом для вращающейся оси, чтобы исключить влияние воздушных возмущений от движения привода установки на ЛА.
Кто изобрёл квадрокоптер?
В 1809 году Джордж Кейли в научном журнале «Nicolson’s Journal of Natural Philosophy» опубликовал первую в мире теоретическую работу «On Aerial Navigation» (О воздушной навигации), в которой сформулировал основы теории полёта самолёта, и определил четыре силы, влияющие на полёт ЛА: сила тяги, подъемная сила, сила встречного сопротивления воздуха и и сила тяжести, определяемая массой ЛА. Исследователь также посвятил несколько глав стабилизации полёта и органам управления.
Но на этом изыскания Кейли не остановились. И в 1843 году он предложил фантастический для своего времени проект… конвертоплана! Нет, вы всё правильно прочитали.
Аппарат должен был подниматься вверх четырьмя подъёмными дискообразными винтами с прорезями, которые после набора высоты изменяли бы угол наклона и становились несущими винтами!
Эскиз этого аппарата, выполненный рукой самого сэра Кейли, очень напоминает современный квадрокоптер! Вот уж действительно, всё новое – это хорошо забытое старое! Но и это ещё не всё! В 1848 году Джордж Кейли создал проект летательного аппарата с тремя несущими поверхностями. То есть, самый настоящий триплан! Именно этот самолёт стал прародителем направления, именуемого в авиации «мультипланами» или «этажерками».
Да, Кейли не удалось создать первый самостоятельно летающий прототип полноразмерного самолёта. Он просто экспериментировал с ротативной установкой, планерами на канатной тяге и небольшими резиномоторными моделями. Однако нет никаких сомнений в том, что именно сэр Джордж Кейли – пионер авиации!
Что общего между бритвой и самолётом?
Великий британский учёный и изобретатель сэр Джордж Кейли вполне заслуженно увековечил своё имя в истории авиации. Этого никто не отрицает. Но нам пора переходить к следующему действующему лицу нашего повествования.
Итак, знакомьтесь: ещё один энтузиаст авиации, английский изобретатель Уильям Сэмюэль Хенсон по прозвищу Mad-man Henson («Сумасшедший Хенсон»). Этот человек в 1842 году получил патент Великобритании № 9478 на изобретение самолёта. Все. Конец истории.
Шутка. Нет, конечно. Вот так просто взял и изобрёл? Нет. Самолёт-то он изобрёл, но полёта на нём так и не совершил!
В 1842 году Уильям Хенсон со своим коллегой Джоном Стрингфеллоу на основе теоретических работ Джорджа Кейли разработали первый в мире полноценный проект ЛА, сочетающий в себе все основные элементы винтомоторного самолёта. Хотя назвали они этот аппарат «Паровая воздушная карета».
Нужно отдать должное конструкторскому мастерству Хенсона и Стринфеллоу: их самолёт представлял собой моноплан с размахом крыльев 46 метров (немаленький!) и весом 1400 килограммов. Он был оснащён паровым двигателем мощностью 50 л.с. Конструкция Хенсона первой в мире получила все элементы, необходимые для постройки самолёта, используемые и в наши дни: лонжероны, нервюры и существующие на некоторых моделях стойки с расчалками. Крылья самолёта впервые в истории получили «толщину», то есть двухстороннюю обшивку. Также крылья имели ещё и различную кривизну верхней и нижней поверхности. Лонжероны, как это делают и сейчас, были пустотелыми. Крыло моноплана крепилось к корпусу сверху, в корпусе располагался двигатель, приводивший два толкающих воздушных винта в разнонаправленное вращение.
Самолёт Хенсона должен был стартовать сверху вниз по наклонной поверхности для увеличения тяги. По этому же принципу сорок лет спустя планировал запустить вниз по рельсам свой самолёт Александр Фёдорович Можайский. И по этому же принципу взлетал позже советский самолёт АНТ-125 в своём знаменитом трансполярном рейсе.
Для взлёта аппарату Хенсона явно не хватало тяги двигателя. И исследователь начал экспериментировать с уменьшенными моделями. Для этого была создана миниатюрная паровая машина мощностью в одну лошадиную силу. Модели не имели управления, и для стабилизации разгонялись по натянутой вверх под наклоном проволоке.
По свидетельствам очевидцев эти модели дважды продемонстрировали самостоятельные беспилотные неуправляемые полёты на 10 и 30 метров. Но документально это, к сожалению, не было оформлено.
Хотя, по всей вероятности, такому свидетельству можно доверять.
Вот список свидетелей этих полётов, цитирую в переводе:
« – преподобный Дж. Рист, эсквайр;
– кружевной фабрикант Норткот Спайсер, эсквайр;
– Дж. Томс, эсквайр;
– мистер Марриат из газеты San Francisco News Letter;
– мистер Эллис, арендатор Креморн-Гарденс;
– мистер Партридж;
– лейтенант Гейл, аэронавт».
Да, предполагаемые полёты, если они и выполнялись на самом деле, происходили в беспилотном режиме. Но всё же это был прорыв: впервые в истории человечества в воздух поднялась конструкция, сделанная руками человека, имеющая двигатель и неподвижное крыло! Имя обладателя первого патента в области авиастроения, Уильяма Сэмюэля Хенсона, не зря вошло в историю!
Но причём здесь бритва спросит мой любознательный читатель? Дело тут вот в чём. Сейчас я открою вам таинственную связь между самолётом и бритвой. Уильям Хенсон, как вы уже наверное догадались, также изобрёл и запатентовал безопасную Т-образную бритву. Это произошло в 1847 году. А в дальнейшем этот патент был приобретён фирмой Gillett. И сегодня многие из вас, уважаемые читатели, часто пользуются изобретениями Уильяма Сэмюэля Хенсона: самолётом и/или безопасной бритвой😁.
Кто следующий в небо?
Но на этом наша история не завершается. Вдохновлённые опытом Хенсона пытливые изобретатели стали один за другим предпринимать попытки совершить полёт на аппарате тяжелее воздуха. Дальше были так и оставшийся на бумаге «Руссолёт» Кузьминского, практически повторяющий конвертоплан Кейли, безуспешная попытка Феликса дю Тампль де ля Круа поднять в небо самолёт с 6-сильным паровым двигателем и его микромодели самолётов с часовыми двигателями, более удачный опыт сэра Хайрема Стивенса Максима, (да-да, того самого Максима, автора знаменитого пулемёта, кстати, можно отдельно поговорить о связи самолёта и пулемёта!) и Клемана Адера, создавших самолёты с паровыми двигателями, впервые в истории сумевшие, хоть и ненадолго, оторваться от земли вместе с пилотом и совершить неуправляемый неустойчивый полёт.
Были и другие, менее удачные попытки совершить первый полёт. Например, этим вопросом занимался и русский морской офицер Можайский. На этой истории мы остановимся отдельно, так как я уже слышу возмущённые возгласы: «А где Можайский?»
Очень интересен среди всех вышеупомянутых аппаратов аэроплан Хайрема Максима. Это пятиплоскостной мультиплан (привет его изобретателю Кейли) весом 2,5 тонны и высотой десять с половиной метров с размахом крыльев 31,5 метра. Аппарат имел энерговооружённость в две паровые машины мощностью по 150 л.с. каждая, передающих подъёмное усилие в 3 500 кг на два двухлопастных винта диаметром в 5,4 метра. Да это просто мельницы какие-то!
С учетом полной массы аппарата в 2500 кг, это делало этажерку Максима вполне полётопригодной с полезной нагрузкой до тысячи килограммов! Но по неизвестной причине Максим потерял интерес к самолётам. Возможно потому, что переключился на пулемёты. Которые тоже, в итоге, так и не научились летать, даже на колёсном станке под горку (шутка).
Кстати, помимо пулемёта и самолёта удивительный британский конструктор сэр Хайрем Стивенс Максим изобрёл и запатентовал до кучи мышеловку и ментоловый ингалятор для лечения астмы. Поэтому если вас, друзья мои, кто-нибудь спросит, что общего между самолётом, пулемётом, мышеловкой и ингалятором – вы знаете ответ на этот вопрос😁.
Но что-то мы опять отвлеклись. Мыши какие-то… О чём это мы… Ах, да. Тема нашей сегодняшней статьи – самолёты!😁
Еще один интересный агрегат – самолёт Клемана Адера. Он имел вес 300 килограммов, размах крыла в 12,5 метров и был вооружён паровым двигателем мощностью в двадцать лошадиных сил. Под управлением Клемана Адера, выступающего в качестве пилота, самолёт смог самостоятельно взлететь от поверхности земли с разбега 9 октября 1890 года, и неустойчиво пролетел по прямой около пятидесяти метров. Это и был первый в истории человечества полёт пилотируемого самолёта. Пусть и неуправляемый, пусть скачок, но всё-таки полёт. Впервые человеку удалось создать устройство тяжелее воздуха, с пилотом внутри, приводимое в движение собственным двигателем, которое смогло самостоятельно взлететь. Клеман ошибался только в одном, он применил крыло типа “летучая мышь” аэродинамика которого заметно уступала классическим крыльям с двумя поверхностями, имеющим “толщину”.
Следующая модель аэроплана Клемана смогла пролететь по прямой целых триста метров! Браво!
А теперь о Можайском
Александр Фёдорович Можайский в семидесятых годах девятнадцатого века увлекался изучением полёта птиц. И в этом своём хобби повторил увлечение небом Джорджа Кейли. Однако по пути следования теории аэродинамики Можайский не пошёл. И сразу приступил к практическим экспериментам. Не имея базисных знаний в области аэродинамики, Можайский попытался достигнуть результата опытным путём.
Фактически, он повторил модель аэроплана Хенсона сорокалетней давности, попытавшись создать моноплан с верхним расположением крыла, паровым двигателем и необходимостью стартовать вниз по наклонной поверхности. Для упрощения задачи и уменьшения потерь на сопротивление, которое оказывает грунт колесу самолёта, Можайский применил старт по наклонённым вниз рельсам типа железнодорожных.
Свой самолёт Можайский начал строить 1882 году, и завершил работу к 1885 году (по другой информации, в 1883 году). Самолёт Можайского представлял собой большое прямоугольное крыло размером примерно 25х23 метра, к которому внизу был присоединён фюзеляж в виде лодки. Аппарат имел очень небольшое и неэффективное хвостовое оперение, два паровых двигателя и три передних четырёхлопастных тянущих винта, расположенных треугольником – также очень неэффективная в аэродинамическом плане схема.
Паровые двигатели в России тогда не производили. И Можайскому пришлось ехать за ними в Европу. В создание самолёта он вкладывал собственные средства. Но их катастрофически не хватало. И тогда исследователь обратился в Главное Инженерное Управление Военного министерства России.
Сначала ему там отказали. Но затем Можайского поддержал Дмитрий Иванович Менделеев. И кандидату в авиаторы выделили 2500 рублей. И ещё 2800 рублей для него собрали частные лица А.П. Ольденбургский, И.И. Воронцов-Дашков и генерал М.Д. Скобелев.
На собранные средства Можайский купил в Великобритании два паровых двигателя компании Ahrbecker Son and Hamkens мощностью 10 и 20 л.с. и установил их в своём самолёте. Сразу нужно сказать, что суммарная мощность этих паровых машин оказалась недостаточной для того, чтобы поднять машину в воздух. На испытаниях самолёт Можайского, вследствие отсутствия поперечного управления при разгоне завалился набок, ударился крылом о землю и частично разрушился. Восстановлению, видимо, самолёт не подлежал.
Возможно, из-за разочарования, или недостатка средств для покупки более мощных европейских двигателей, Можайский не стал восстанавливать свой самолёт. И, к сожалению, через несколько лет ушёл из жизни.
Паровые машины от самолёта Можайского так и не нашли применения в народном хозяйстве Российской Империи, и просто валялись на Балтийском судостроительном заводе, где были уничтожены пожаром. И хотя попытка Можайского повторить эксперимент Уильяма Хенсона сорокалетней давности не увенчалась успехом, и никак не повлияла на историю развития авиации, она всё же имела большое значение для России. Это ведь была первая попытка в истории России запустить в небо свой собственный самолёт.
Недавно в ЦАГИ (Центральным аэрогидродинамическим институте) были проведены прикладные аэродинамические исследования аппарата Можайского, и был сделан вывод о том, что тяга, развиваемая паровыми котлами самолета Можайского была недостаточной для отрыва аппарата от рельсов даже при спуске с холма. Фактически, Можайский попытался изобрести летающий паровоз, а не самолёт.
Начало эпохи самолётов. Братья, научившиеся летать
Так кто же впервые в истории человечества совершил не отрыв от земли, и не скачок по прямой, а управляемый полёт на аппарате тяжелее воздуха? Забавно, но это сделал человек по имени Орвилл Райт, выигравший у своего брата Уилбера это право броском монетки! Какой монетки, спросите Вы ? Не знаю, возможно, номиналом двадцать пять центов.
И вот мы и подошли к развязке этой удивительной истории. Абсолютно точно установлено, что первый полёт в истории и первую успешную управляемую посадку летательного аппарата совершил американский конструктор велосипедов и самолётов, талантливый изобретатель и пилот Орвилл Райт на самолёте «Флаер-1» конструкции братьев Райт Уилбера и Орвилла. Это произошло 17-го декабря 1903 года. В этот день братья Райт, чередуя друг друга, совершили целых четыре полёта над пляжем Китти Хоук в Северной Каролине, пока ветер не сдул их самолёт на песок. Самолёт получил повреждения, но был восстановлен.
Да, возможно, братья Райт не были первыми, кто сумел оторвать самолёт от поверхности земли, но, безусловно, они были первыми из тех, кто совершил управляемый контролируемый полёт. И это неоспоримо.
Аэроплан под управлением Орвилла Райта взлетел с безлюдного песчаного пляжа, преодолел 36 метров за 12 секунд и совершил управляемую посадку.
По своей конструкции первый самолёт братьев Райт представлял собой биплан с двухлонжеронными крыльями (спасибо, Хенсон!) и лежачим расположением пилота на нижнем крыле, имел размах крыльев 12 метров при массе в 283 килограмма (почти в десять раз легче самолёта пулемётчика Хайрема Максима) и был вооружён мотором мощностью 16 «лошадок», что почти в два раза меньше суммарной мощности паровых котлов аппарата Можайского. Первый самолёт братьев Райт был оборудован рулями управления – вертикальный руль направления находился сзади, горизонтальный руль высоты – спереди.
После достигнутого успеха братья Райт не потеряли интерес к пилотированию и созданию новых самолётов, и 1904 году сконструировали свою следующую модель самолёта – «Флаер-2». Именно на нём Уилбер Райт впервые в истории авиации совершил полёт по незамкнутому кругу, пролетев за 90 секунд 1244 метра. Далее был полёт по замкнутому кругу с окружностью 5 километров и дорога в небо человечеству была открыта!
Но самое главное достижение братьев Райт – это создание системы управления самолётом. С помощью разработанного ими подвижного вертикального руля можно было управлять ЛА в полёте по всем осям. И ещё одно достижение, принадлежащее братьям – использование аэродинамической трубы для испытаний планёров будущих самолётов. Да, она была изобретена задолго до полётов братьев Райт, для испытаний артиллерийских снарядов и изучения несущих свойств крыла. Но они усовершенствовали и приспособили её для проведения испытаний моделей своих самолётов.
В 1912 году старший из братьев Уилбер ушёл из жизни, а младший, Орвилл, прожил ещё тридцать шесть лет после этого. И стал свидетелем фантастического скачка авиации от первых летающих «этажерок» до больших авиалайнеров.
Зарождение авиации в России
В России, через семь лет после первых полётов братьев Райт, впервые поднялся в воздух самолёт конструкции князя Александра Кудашева «Кудашев-1». Это произошло на Сырецком ипподроме в городе Киеве 5-го июня 1910 года. В своём первом полёте самолёт князя Кудашева смог пролететь по прямой около семидесяти метров.
Практически сразу же после Кудашёва, 16-го июня 1910 года первый самолёт своей конструкции С-2 поставил на крыло молодой авиаконструктор и изобретатель Игорь Сикорский. И всего через три дня после Сикорского впервые поднялся в воздух самолёт конструкции инженера Якова Модестовича Гаккеля, имеющий очень необычную для той эпохи схему – биплан с фюзеляжем. Это был первый фюзеляжный самолёт в истории российской авиации. Биплан «ГаккельIII» пролетел по прямой около двухсот метров. Он имел двигатель воздушного охлаждения мощностью 35 л.с. и закрытый фюзеляж, чем отличался от первых конструкций Кудашева и Сикорского, имевших открытые фермы. Одна из дальнейших модификаций самолёта Якова Гаккеля «ГаккельVII» стала прародителем известного советского самолёта «По-2».
Самолёт «ГаккельVII» оснащался двигателем «Аргус» мощностью до ста лошадиных сил, и весил около пятисот килограммов. И в июле 1911-го года на этом самолёте известный русский лётчик Глеб Алехнович осуществил рекордный полёт по замкнутому маршруту Петербург-Царское Село-Петербург со средней скоростью 92 км/ч. А на следующей модели этого конструктора, самолёте «ГаккельVIII», Глеб Алехнович установил в 1912 году национальный российский рекорд высоты полёта. Аэроплан поднялся на высоту 1350 метров!
Надеюсь, уважаемые читатели, вы нашли в этой статье ответ на вопрос, поставленный в её названии. Если же что-то было мною упущено, то подсказывайте в комментариях, задавайте вопросы и приводите малоизвестные факты из истории авиации.
Всем добра!