Краткая история изобретения самолёта. Этапы развития

Еще в глубокой древности люди осознали, что для осуществления полета необходимы крылья. Эта мысль, возникшая в результате наблюдения за птицами, прослеживается в легендах и мифах разных народов…

Зарождение концепции самолёта

Со временем у человека возникло желание осуществить мечту о полете. Путь к достижению этого казался очевидным: необходимо сделать искусственные крылья по образцу птичьих, прикрепить их к рукам и, подражая маховым движениям птиц, подняться в воздух. Материалы для изготовления крыльев: прутья, ремни, перья – были доступны древнему человеку, и попытки полета «по-птичьему» предпринимались, по-видимому, еще до нашей эры. Первое дошедшее до нас письменное свидетельство об испытаниях искусственных крыльев содержится в китайской рукописи «Цяньханьшу» («История ранней династии Хань»), датируемой I в. н.э.1.
Безуспешность усилий подняться в воздух с помощью искусственных крыльев породила
попытки полета после прыжка с высоты. Такие факты имели место в арабских странах (бен Фиранс, около 875 г., ал-Джаухари, 1003 г.), в Англии (Элимер, начало XI в.), в Византии (1162 г.).

Есть упоминание об искусственных крыльях и в славянских летописях. В рукописи Даниила Заточника, датированной XIII в., говорится: «Иные, вскочив на коня, скачут по ристалищу, рискуя жизнью, а иные слетают с церкви или с высокого дома на шелковых крыльях…».

Все попытки полета оканчивались падением, а иногда и гибелью или увечьем испытателя.
В качестве материала для крыльев наряду с перьями использовали также ткань, кожу, дерево. В эпоху cредневековья зародилась мысль о необходимости хвостового оперения для полета. По словам английского средневекового летописца, Элимер объяснял причину своей неудачи тем, что он «забыл прикрепить к себе хвост, как у птицы». Позднее идея крылатого летательного аппарата привлекла внимание Леонардо да Винчи.
В отличие от Бэкона, он в деталях проработал проекты нескольких типов орнитоптеров: с
лежачим положением человека (1485–1487 гг.),орнитоптер-лодку (ок. 1487 г.), с вертикальным расположением «летчика» (1495–1497 гг.). При разработке этих конструкций ученый выдвинул ряд перспективных технических идей – фюзеляж в виде лодки, подвижное хвостовое оперение, убирающееся шасси. Стремясь повысить
мощность взмахов крыльями, Леонардо да Винчи предлагал, наряду с силой рук, использовать и силу ног, а также разработал проект орнитоптера, где источником энергии должен был служить туго натянутый лук.
Изучение механизма полета птиц навело да Винчи на верную мысль о том, что основная тяга создается концевыми частями крыла. В результате в самом конце XV в. появился проект орнитоптера с крылом, состоящим из двух шарнирно соединенных частей – более подвижных консолей и ограниченно подвижного центроплана. Взмахи должны были осуществляться законцовками, составляющими около половины общей площади крыла…

Первые проекты летательного аппарата и попытки создания самолёта

Проект машины с частично фиксированным крылом явился первым шагом в зарождении концепции самолета.

Однако эта и другие замечательные идеи Леонардо да Винчи в течение многих веков оставались неопубликованными и получили широкую известность лишь в конце ХIХ в., когда они уже не могли дать ничего нового для развития авиации.  Проект самолета Хенсона был и самым известным среди авиационных проектов XIX в.

Концепция мускулолета в середине XIX в.
являлась уже архаичной, и об этом проекте
можно было бы и не упоминать, если бы он не
содержал некоторые новые конструктивные решения, получившие затем применение в самолетостроении. К ним относятся использование тянущего пропеллера и старт с помощью катапульты. Как известно, схема самолета с тянущим воздушным винтом стала общепринятой с 1910-х годов, а идея использования энергии падающего груза для ускорения при взлете была применена братьями Райт в 1904 г.
Все ранние проекты были разработаны в наиболее развитых в промышленном отношении странах – в Германии, Англии, Франции.

В России первые предложения по созданию самолетов появились в 60-е годы XIX столетия.
9 октября 1863 г. в газете «Голос» была опубликована статья инженера А.В.Эвальда с описанием «идеального проекта самолета». В ней говорилось:
«1). Для легчайшего разрезания воздуха при движении вперед самолет должен представлять в вертикальном разрезе фигуру, как можно более подходящую к математической линии.
2). Для лучшего противодействия притяжению Земли самолет должен представлять в плане как можно большую плоскость, то есть состоять из парашюта (крыла. – Д.С.).
3). Для поступательного движения самолет должен быть снабжен орудием, которое способно было бы сообщать ему постоянные толчки.                                                         4). Чтобы эти толчки своей силой не разрушали механизмы самолета, они должны быть как можно слабее и вследствие того (для сообщения достаточной силы) повторяться как можно чаще.
5). Из всех орудий, известных в наше время, способнее других исполнит сказанные условия архимедов винт.
6). Архимедов винт может сообщить самолету только одну силу, а движение самолета требует двух сил: одну для противодействия притяжению Земли, а другую для поступательного движения. Для постоянного сопротивления притяжению Земли самолет должен лежать в воздухе не горизонтально, а наклонно, передним концом вверх, чего достигнуть очень нетрудно, простым перемещением центра тяжести. Таким образом, при равномерном движении архимедова винта и известном наклонении самолета он будет двигаться или горизонтально, или по наклонной вверх и вниз, смотря по тому, как мы будем передвигать центр тяжести.
7). Для поворотов в горизонтальной плоскости мы уже имеем средство, именно руль.
8). Для удержания самолета в равновесии центр тяжести его должен лежать, разумеется, внизу, для чего плоскости парашюта следует дать повышение к краям, наподобие того, как держат свои крылья животные».

Эвальд ограничился рассмотрением основных характерных особенностей самолета, не
проводя детальной разработки его конструкции. Тем не менее, эта публикация показывает,
что ко второй половине XIX в. российские энтузиасты авиации ясно осознавали основные
принципы проектирования самолета.

Год спустя русский артиллерийский офицер Н.А.Телешов запатентовал в Англии проект
многоместного пассажирского самолета под названием «Система воздухоплавания». Он должен был иметь сигарообразный фюзеляж, внутри которого на двух палубах, верхней и нижней, располагались пассажиры и багаж. Двухцилиндровая паровая машина (В) с помощью длинного вала вращала пропеллер (Е), напоминающий морской гребной винт. Сверху к фюзеляжу крепилось крыло в форме шестигранника…

В 1867 г. Телешов разработал новый проект – «Усовершенствованная система воздухоплавания». В нем также описывался пассажирский самолет, но с воздушно-реактивным двигателем (ВРД). Как тогда казалось некоторым изобретателям, простота конструкции, легкость, отсутствие пропеллера делает такой тип силовой установки идеальным для задач полета.
По современной терминологии, двигатель самолета Телешова можно отнести к классу
пульсирующих воздушно-реактивных двигателей (ПуВРД). Пары воздуха и топлива порциями поступали в камеру сгорания и, воспламеняясь, создавали реактивный импульс. Во избежание опасности пожара корпус самолета должен был быть выполнен из металла, детали соединялись с помощью заклепок. Для уменьшения аэродинамического сопротивления носовая часть фюзеляжа и носок крыла имели заостренную форму. Самолет должен был разбегаться на своих колесах по рельсам или стартовать на отделяемой после взлета тележке…

“Модельный период” в истории авиации

Создание летающих моделей способствовало началу практических работ в области самолетостроения.

Постройка летающих моделей практиковалась пионерами авиации еще в XVIII в.: в июне  1783 г. во Франции братья Монгольфье запустили модель теплового аэростата, а год спустя Б.Лоннуа и Ж.Бьенвеню демонстрировали представителям французской Академии наук летающую модель вертолета, винты которой вращались за счет энергии натянутой тетивы лука.
Создание летающих моделей самолетов началось одновременно с появлением первых проектов этого типа летательного аппарата. Успешные испытания модели должны были проиллюстрировать верность суждений изобретателя, что давало бы надежду на воплощение проекта в жизнь.
В 1842–1843 гг. У.Хенсон изготовил модель с миниатюрным паровым двигателем, которая
представляла собой уменьшенную копию запатентованного им самолета. Сведений о ее конструкции сохранилось немного. Известно лишь, что она имела крыло площадью 3,7 м2, обтянутое шелком и подкрепленное проволочными растяжками. Вес одноцилиндровой паровой машины вместе с котлом, топливом и водой составлял
2,7 кг, а общий вес модели равнялся 6,3 кг.

В 1845 г. У.Хенсон совместно с механиком  Дж.Стрингфеллоу построил новую модель самолета с паровым двигателем. Она была больше модели 1842–1843 гг.: размах – 6,1 м, площадь крыла – 6,5 м2, взлетный вес – около 12 кг.
Горизонтальное оперение могло устанавливаться под разными углами к крылу.
В отличие от опытов 1843 г., испытания новой модели проводили на открытом воздухе.
Их все время приходилось прерывать для регулировки модели, у которой под воздействием
ветра и влаги ослабевало натяжение проволочных растяжек и провисала обшивка крыла.
Через семь недель безуспешных попыток запустить модель в полет испытания прекратили…

В начале 70-х годов А.Пено усовершенствовал резиномотор, заменив растянутую резину
на закрученную. Применение работающей на кручение резины позволяло передавать вращение непосредственно на винт, а, главное, не создавало нагрузки на фюзеляж, что позволяло сделать очень легкую конструкцию.
Наряду с усовершенствованием резиномотора успеху Пено в создании моделей самолетов способствовали его исследования, направленные на обеспечение устойчивости летательных аппаратов. Сконструированная им в 1871 г. модель «Планофор» обладала собственной устойчивостью относительно всех трех осей: продольная устойчивость достигалась горизонтальным оперением, вынесенным на балке за крыло и имевшим меньший по сравнению с ним установочный угол; поперечная – отгибом вверх концов крыла и оперения; путевая – вертикальными законцовками и килем позади крыла (на приведенном здесь рисунке киль не показан)…

Опыты А.Пено со свободнолетающей моделью самолета явились важной вехой в истории авиации. Впервые широкие круги общественности получили доказательство возможности полета крылатого аппарата под действием собственной мощности, пусть даже и в виде маленькой модели. Сведения о полетах «Планофора», опубликованные в журналах многих стран, стимулировали деятельность энтузиастов самолетостроения, привели к повсеместному созданию резиномоторных моделей самолетов. В середине 1870-х годов во Франции летало уже несколько типов таких аппаратов.
Вскоре резиномоторные модели самолетов появились в России, Австрии, Англии и других
странах, а еще некоторое время спустя такие модели можно было увидеть в витринах магазинов игрушек.

В 70-е годы XIX в. благодаря изобретению резиномотора и воплощению на моделях методов обеспечения естественной устойчивости, разработанных Дж.Кейли и А.Пено, была продемонстрирована принципиальная возможность полета летательного аппарата тяжелее воздуха, а с появлением в конце столетия более совершенных летающих моделей с паровым двигателем стало очевидно, что такой беспилотный аппарат может достаточно долго находиться в воздухе. Некоторые из построенных в XIX в. моделей стали прототипами первых самолетов.

Итак, к концу первого десятилетия XX в. самолет перестал быть фантазией или «чудачеством», а стал реальностью. На смену неуправляемым «прыгунам» пришли аппараты, способные к продолжительным полетам и маневрированию в воздухе. Этап изобретения самолета закончился, начался этап его практического применения и серийного производства.

Процесс создания самолета занял более ста лет. Столь долгий срок во многом объясняется тем, что полет на аппарате тяжелее воздуха требовал очень легкого и в то же время мощного двигателя. Паровые машины, существовавшие в начале и середине XIX столетия, не отвечали этому условию. Поэтому любые попытки построить самолет в тот период были обречены на неудачу.

В последние десятилетия XIX в. были созданы образцы парового двигателя с удельным весом 3–5 кг/л.с., что давало надежду на преодоление «энергетического барьера» на пути развития авиации. Практические шаги по созданию самолета были начаты в 1881 г., когда Можайский привез из Англии две паровые машины, изготовленные по его проекту, и некоторые материалы для будущего самолета. В апреле 1882 г. конструктору удалось получить участок на военном поле в Красном Селе, где летом того же года он приступил к постройке «воздухоплавательного снаряда». По свидетельству очевидца, Н. Н. Мясоедова, «…моноплан строился в загородке из досок без крыши. Дождь часто поливал и портил машину… Работы шли очень медленно, по случаю безденежья, чего г. Можайский и не скрывал. Никто не интересовался его работами, и помощи ниоткуда не было».

В целом самолет А. Ф. Можайского имел более рациональную конструктивно-силовую схему по сравнению с аппаратом Ф. дю Тампля.
К недостаткам первого в России самолета следует отнести малое удлинение крыла, неустойчивость при разбеге из-за узкой колеи шасси, неудовлетворительный обзор с места пилота.

После их постройки Можайский хотел установить на самолете три двигателя, по 20 л.с. каждый. Однако эти планы не были осуществлены из-за смерти изобретателя в 1890г. В 1891 г. самолет приказали убрать с военного поля в Красном Селе, и дальнейшая его судьба неизвестна.

24 мая 2014 г. группа энтузиастов под руководством Вадима Хворостова провела испытания модели самолёта А.Ф. Можайского. Модель очень похожа на самолёт, который встречается на чертежах XIX – начала XX веков, она замечательно летает, самостоятельно производит взлёт и посадку, в полёте устойчива и уверенно выполняет виражи. Её существенное отличие от реального самолёта Можайского – наличие аэродинамических элементов для поперечного управления – элероны, что очень хорошо видно на этом видео:

Однако на рубеже XIX–XX вв. появилась новая предпосылка для развития самолетостроения: в жизнь вошел компактный и намного более удобный для эксплуатации на транспорте, чем паровая машина, бензиновый двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Идея двигателя внутреннего сгорания зародилась еще в XVII в. Долгое время она была невыполнимой из-за отсутствия материалов, которые могли бы противостоять высоким температурам в цилиндре. Только в 1860 г. Ж.Ленуару во Франции удалось построить работоспособный ДВС с водяным охлаждением, действующий на светильном газе. Качественное улучшение характеристик ДВС произошло во второй половине 1870-х годов, когда немецкий инженер Н.Отто создал четырехтактный двигатель с предварительным сжатием рабочей смеси.
В 1883 г. в Германии Г.Даймлер сконструировал двигатель, работающий не на газе, как
все предыдущие, а на бензине. После этого отпала необходимость в громоздких резервуарах для газообразного топлива, и ДВС стал пригодным для использования на транспорте. Вскоре появились первые автомобили, мотоциклы и моторные лодки с бензиновым двигателем.

Развитие ДВС происходило независимо от развития авиации. Но конструкторы летательных аппаратов внимательно следили за его успехами. В конце XIX в. в Германии появились дирижабли Вольферта, Шварца и Цеппелина  с бензиновым ДВС. О возможности применения такого двигателя писали и те, кто занимался проектированием самолетов – В.К.Герман, К.Э.Циолковский, Х.Максим и др.

Кресс ясно осознавал преимущества бензинового двигателя. Однако, как выяснилось, удельный вес автомобильных двигателей того времени намного превосходил тот, который, по оценке конструктора, необходим для подъема самолета в воздух – 5 кг/л.с. Попытки заказать специальный легкий авиационный ДВС не увенчались успехом, и в конце 1900 г. Кресс был вынужден установить на самолете обычный автомобильный двигатель, развивавший при весе 200 кг мощность 7–9 л.с. Построенный Крессом самолет не походил ни на один из прежних. Отличия заключались и в типе двигателя, и в аэродинамической схеме, и в возможности разбега и посадки на воду. Он представлял собой поплавковый самолет-амфибию с тремя крыльями, расположенными одно за другим с небольшим разносом по высоте – схема, выбранная конструктором на основе опытов с моделями. Поплавки были сделаны из алюминия. Фюзеляж из стальных труб имел полотняную обшивку. Двигатель с помощью цепной передачи вращал два расположенных между крыльями пропеллера. Задняя кромка винтов и крыльев была сделана гибкой, благодаря чему Кресс рассчитывал на автоматическую регулировку тяги и подъемной силы на различных режимах полета. Органы управления представляли собой один горизонтальный и два вертикальных руля. Меньший из вертикальных рулей служил для управления при разбеге по воде. Все рули отклонялись одним рычагом, причем их движение могло происходить одновременно.

Деятельность В. Кресса не увенчалась успехом: из-за большого веса двигателя не было сделано даже попытки взлета. Но она представляет интерес как первая в истории авиации попытка создания гидросамолета. Следует отметить также идею управления несколькими рулями с помощью одного рычага, ставшей со временем общепринятой…

К числу построенных, но не летавших самолетов с двигателем внутреннего сгорания относится также летательный аппарат Е.С. Федорова. Федоров строил свой самолет в Петербурге с 1896 г. по 1903 г. Он установил на нем бензиновый двигатель мощностью 10 л.с. и делал пробежки, но не смог оторваться от земли. Впрочем, это и к лучшему: оказавшись в воздухе, абсолютно неустойчивая машина сразу бы опрокинулась.
Летательный аппарат Федорова был первым в России самолетом с двигателем внутреннего сгорания. В 1903 г. самолеты с таким двигателем появились также во Франции и Германии…

В Германии житель Ганновера К. Ято построил первый в этой стране самолет. Вообще говоря, самолет появился раньше, в 1897 г., но двигатель для него – 12-сильный «Буше» – Ято сумел приобрести только через шесть лет. Это был триплан-«бесхвостка» с
крылом плоского профиля и с толкающим винтом. Летательный аппарат К. Ято стал первым самолетом с бензиновым двигателем, который смог преодолеть некоторое расстояние по воздуху. Конструктор не указал, разбегался ли самолет горизонтально или под уклон. Однако в любом случае то, чего достиг Ято, было не более, чем повторением результатов испытания «Эола». Так же, как творения и К. Адера, самолет немецкого конструктора был неустойчив и почти неуправляем и вследствие этого не способен к более продолжительным полетам. Именно в этом заключается основная причина очень скромных результатов испытаний, а не в мощности двигателя, как считал Ято.

Вскоре появился еще более совершенный тип силовой установки – бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Но и после этого потребовалось немало усилий, прежде, чем человеку удалось «укротить» самолет, сделать его достаточно устойчивым и послушным в управлении.

Но наибольшими трудностями  столкнулись  самолётостроители при создании двигателя. Заказ на их изготовление передали конструктору автомобилей С.Бальзеру. Построенный им звездообразный двигатель воздушного охлаждения с вращающимися при работе цилиндрами (такой тип двигателя называется ротативным) при испытаниях на стенде в мае 1900 г. показал мощность только 8 л.с. После ряда изменений, в частности, замены вращающихся цилиндров неподвижными, удалось увеличить мощность до 12–16 л.с. 

Итак, несмотря на неоднократные попытки, создать самолет не удавалось, в лучшем случае получались короткие «подскоки» в воздух, часто заканчивающиеся аварией. Почему же, несмотря на высокообразованность большинства конструкторов самолетов и в ряде случаев на поддержку со стороны государства, на протяжении четверти века никто не мог добиться поставленной цели? Было ли это результатом субъективных обстоятельств (ошибки пилотов, неудачный метод испытаний) или же неизбежность аварии была заложена еще на стадии проектирования самолета?
Верно второе. Как показывает расчет, самолеты, построенные 1870-е – 1880-е годы, в принципе не могли подняться в воздух из-за о веса двигателей и недостаточной подъемной силы плоского крыла.

С 90-х годов основным препятствием на пути создания самолета стала
неудовлетворительная устойчивость и управляемость летательных аппаратов. Изобретатели, исходя из опыта воздухоплавания и судостроения, полагали, что устойчивость в воздухе может быть легко достигнута за счет низкого расположения центра тяжести. Опасность нарушения равновесия при порывах ветра или вообще не учитывалась, или ошибочно считалось, что для ее устранения достаточно обеспечить упругость крыла или оперения в вертикальной плоскости и аппарат автоматически будет демпфировать воздушные потоки. Отсутствие на самолетах поперечного управления объясняется тем, что на транспорте не имелось его аналогов, и поэтому, как казалось, в нем нет необходимости.
Кроме плохой устойчивости, первые самолеты часто не обладали достаточной для полета прочностью.

Перечисленные недостатки можно было выявить и устранить только на основе практического опыта. Но такого опыта не было, так как при первой же попытке взлета самолет, как правило, ломался. Следующая конструкция, обладающая теми же недостатками, вновь оказывалась неудачной и т.д. Получался замкнутый круг, и самолет практически не развивался. Положение усугублялось тем, что лица, финансирующие работы, не осознавали необходимости стадии доводки и, рассчитывая на немедленный успех, прекращали поддержку после первой же неудачи.

Освоение планерного полёта(безмоторного)

Выход из создавшейся ситуации дал планеризм, позволивший человеку приобрести опыт полетов, пересмотреть некоторые принципы проектирования и создать, наконец, работоспособный самолет.

Изобретатели первых «летательных машин» не задумывались о создании планера – то, что
для полета конструкции тяжелее воздуха нужен двигатель, считалось аксиомой. Правда, в
1809 г. Дж.Кейли построил крылатый аппарат с вырезом в центре, который человек как бы надевал на себя, и при разбеге с ним против ветра ему иногда удавалось на несколько мгновений оторваться от земли1. Но это не был планер в современном понимании, так как кроме неподвижного крыла он имел небольшие машущие крылья, т.е. являлся чем-то средним между планером и орнитоптером.
Только во второй половине XIX в., когда исследователи полета птиц выяснили, что способность последних держаться в воздухе без взмахов крыльями объясняется не какими-то чудесными особенностями птичьего организма, а действием восходящих атмосферных потоков, некоторые пионеры авиации решили попытаться использовать энергию перемещения воздушных масс для полета на безмоторном крылатом аппарате.
Первый планер-паритель был построен и испытан во Франции в 1856 г. Его создатель,
Ж.-М.Ле Бри, был моряк и в качестве образца для подражания, так же, как и дю Тампль, выбрал морскую птицу – альбатроса.

На планере Ле Бри человек стоял в фюзеляже-лодке. С помощью рычагов он мог изменять угол стреловидности и наклон каждого полукрыла. Горизонтальное оперение, по всей видимости, было неподвижным. Вертикального оперения у планера, как и у птиц, не было.
Обычно полет предполагалось начинать с прыжка с высоты. Ле Бри избрал другой метод
старта: планер должны были буксировать лошадьми до достижения скорости отрыва. После подъема в воздух буксирный трос планировалось перерезать, и аппарат должен был перейти в свободный полет. Непредвиденный случай не позволил полностью осуществить задуманное. Трос, которым планер был соединен с повозкой, запутался за козлы кучера. Когда лошади перешли в галоп, а находившийся на борту летательного аппарата Ле Бри увеличил угол установки крыльев, подъемная сила настолько возросла, что планер оторвал козлы вместе с кучером и поднялся на высоту несколько десятков метров. Вскоре он плавно опустился на песчаное побережье. Кучер и конструктор планера остались целы и невредимы…

Десять лет спустя Ле Бри с помощью французских моряков построил еще один планер.
Основные его отличия заключались в системе управления. Для перестановки крыльев, кроме
рычагов, имелись тросы, соединенные с крылом вдоль размаха и служащие для изменения
кривизны профиля; горизонтальное оперение могло поворачиваться в вертикальной плоскости и управлялось с помощью педалей. Для демпфирования порывов ветра было предусмотрено пружинное крепление хвоста к фюзеляжу. Имелся также перемещающийся вдоль оси
лодки груз, предназначенный для изменения центровки в полете.
Испытания происходили в 1868 г. при большом стечении народа. Планер установили на
отделяемой тележке. После буксировки аппарат поднялся в воздух и Ле Бри совершил полет
дальностью около 30 м…

Значительный интерес представляют планерные эксперименты еще одного француза  – Л.-П. Муйяра. Живя в Алжире, Муйяр часто наблюдал за движением птиц в восходящих потоках воздуха и пришел к твердой уверенности в возможности безмоторного полета с помощью неподвижных крыльев. Для проверки своих идей в 1856–1865 гг. он построил три планера. Первые попытки планирования были неудачны, и только на планере, построенном в 1865 г., ему удалось совершить небольшой полет.

Перелом в развитии безмоторного полета произошел тогда, когда на планер стали смотреть не как на альтернативный самолету или дирижаблю летательный аппарат, а как на учебное средство для овладения навыками пилотирования при планирующих спусках и для отработки конструктивных параметров аппаратов с неподвижным крылом.

Одним из первых, кто верно оценил место безмоторных крылатых аппаратов в развитии авиации, был Н.А.Арендт. В изданной в Симферополе в 1888 г. книге «О воздухоплавании, основанном на принципах парения птиц» он писал: «…нет, не может и не должно существовать такой модели авиационной машины, которую можно было бы заставить летать, не приложивши к ней умения!.. Построить прибор или машину, которая по устройству своему соответствовала бы строению летательного аппарата белки (имеется в виду белка-летяга, передние и задние лапки которой соединены перепонкой, выполняющей роль крыла. – Д.С.) бесспорно возможно; изучить проблемы управления таким нехитрым аппаратом не может быть делом недоступным; постепенный переход от этого прототипа авиационного прибора и от этой  прототипической же формы парения (под «прототипической формой парения» Арендт подразумевал планирующие спуски. – Д.С.) к формам более совершенным – вполне логичен».

Мысль об использовании безмоторного летательного аппарата для овладения техникой пилотирования нашла практическое воплощение благодаря подвижнической деятельности немецкого инженера и экспериментатора О.Лилиенталя. Располагая достаточными для проведения натурных экспериментов материальными средствами, Лилиенталь сумел осуществить то, о чем Арендт только мечтал.
Как у большинства других пионеров авиации, идея планирующего полета зародилась у Лилиенталя в результате наблюдений за птицами. В конце 80-х годов он решил приступить к практическим опытам с планерами. Основные принципы проектирования безмоторных летательных аппаратов Лилиенталь сформулировал в 1889 г. в книге «Полет птиц как основа искусства летать».

Он писал: «Конструкция летательных аппаратов ни под каким видом не должна зависеть от создания легких и сильных двигателей… Для того, чтобы летательный прибор расходовал как можно меньше работы, необходимо, чтобы он как своей формой, так и относительными размерами точно соответствовал крыльям хорошо летающих птиц… Крылья в своем поперечном сечении должны иметь вогнутость, обращенную книзу».  Как и Муйяр, наилучшим Лилиенталь считал балансирный способ управления, при котором человек контролирует траекторию полета движениями своего тела относительно крыла. Материалом для конструирования служили ивовые прутья и полотно.

Основное отличие работ Лилиенталя заключалось в методике экспериментов. Если первые планеристы стремились сразу же осуществлять полет, стартуя с возвышенности или используя другие вспомогательные средства для взлета, то для Лилиенталя был характерен принцип постепенности в освоении техники полета. «От шага к шагу, от прыжка к прыжку, от полета к полету», – так охарактеризовал метод немецкого планериста один из его последователей, Ф.Фербер. Постепенное усложнение задач и многократность повторения опытов позволили  не только освоиться с чувством полета, но и усовершенствовать конструкцию планеров. Первые летательные аппараты Лилиенталя еще не имели хвостового оперения. Они оказались неустойчивыми и недостаточно прочными. Успех был достигнут в 1891 г., когда конструктор прибавил к крылу вертикальное и горизонтальное оперение и уменьшил размах крыла с 10 до 7,5 м. Благодаря стабилизирующим поверхностям и сравнительно небольшим размерам аппарата его устойчивость и управляемость заметно улучшились, и Лилиенталю удавались планирующие спуски дальностью до 20 м. Для взлета экспериментатор разбегался под уклон навстречу ветру. Опираясь руками на крылья, он управлял планером движениями нижней части туловища. При приземлении Лилиенталь отклонялся назад, увеличивая этим угол атаки крыла, скорость полета уменьшалась, и планер совершал парашютирующую посадку.

«Стандартный моноплан» Лилиенталя был построен, как минимум, в девяти экземплярах, и его можно считать первым в истории авиации серийным летательным аппаратом тяжелее воздуха. В 1894–1896 гг. этот планер приобрели француз Ш. де Ламбер, немец А.Вольфмюллер, австриец К.Франк, англичане Д.Фицджеральд и Т.Беннет, швейцарец Ч.Браун, американец
В.Хирст, профессор Московского государственного университета Н.Е.Жуковский. Три из восьми проданных аппаратов сохранились до наших дней: планер Жуковского находится в Научно-мемориальном музее Н.Е.Жуковского в Москве, планер Беннета хранится в Научном музее в Лондоне, а планер, купленный у Лилиенталя Хирстом, демонстрируется в Национальном аэрокосмическом музее в Вашингтоне.

Серийный планер Лилиенталя был, пожалуй, самой удачной конструкцией основоположника планеризма. Не случайно, после полутора лет поисков новых форм, он вновь вернулся к опытам со «стандартным монопланом». Полеты на планерах-монопланах выполнялись при скорости ветра не более 5–6 м/с. При более сильном ветре Лилиенталь уже не мог надежно управлять аппаратом.

Проблему удалось решить путем создания планеров-бипланов. «Мне пришла в голову мысль, – писал Лилиенталь, – поместить две небольшие поверхности одна над другой с таким расчетом, чтобы обе способствовали парению в воздухе. В этом случае получается тот же результат, как при одиночной поверхности, сила подъема которой удвоилась, но которая вследствие своей незначительной величины легко подчиняется перемещениям центра тяжести.
Мои опыты с моделями показали, что наложение одной поверхности на другую не создает
никаких затруднений движению аппарата, лишь бы только верхняя поверхность находилась на достаточном расстоянии от лежащей под ней нижней. Удаление должно быть равно крайней мере 3/4 ширины крыльев».
Первый планер-биплан Лилиенталь построил осенью 1895 г. По конструкции он имел много общего со «стандартным монопланом» 1894 г., но вместо одного крыла было два. Крылья имели размах по 5,5 м и суммарную площадь 18 м2. 

К середине 90-х годов сформировалась интернациональная «школа» Лилиенталя: в Германии опыты с балансирными планерами-монопланами начали Вольфмюллер и Ято, в Англии – П.Пильчер, Д.Фиджеральд, А.Левентааль, Н.Гордон, в Польше – Ч.Таньский, в США – Ч.Ламсон, А.Херринг, В.Хирст, в Аргентине – П.Жуарес, в Австралии – Л.Харгрейв; в последние годы XIX в. к экспериментам с планерами приступили француз Ф.Фербер и австриец И.Этрих. Опыты проводились на планерах, купленных у Лилиенталя, или на аппаратах собственной конструкции.

Самым удачным из планеров Пильчера оказался четвертый – «Хоук». Он был построен в начале 1896 г. Планер имел много общего со «стандартным монопланом» Лилиенталя:

• пилот располагался в вырезе в центроплане крыла; 
• шарнирно соединенное с крылом хвостовое оперение при увеличении угла атаки могло под
  действием давления воздуха отклоняться вверх;
• похожей была и конструкция крыла.

Основное новшество английского планера заключалось в применении колесного шасси с пружинами амортизаторами, что позволяло осуществлять буксирный старт и смягчало удар в случае грубой посадки. Максимальная дальность первых полетов на «Хоуке» составляла 90 м. Год спустя, она превысила 200 м; правда, часть своего пути по воздуху планер преодолевал на буксире за лошадьми. Благодаря умеренному запасу устойчивости, небольшим размерам и весу планером было легко управлять. Пильчеру удавались на нем не только эволюции в вертикальной плоскости, но и небольшие повороты по курсу.

Первый шаг в усовершенствовании планеров был сделан группой американских энтузиастов безмоторного полета, возглавляемой О.Шанютом. В отличие от Лилиенталя и большинства его последователей, Шанют не являлся сторонником птицеподобных летательных аппаратов. Он считал также, что балансировка в полете должна обеспечиваться автоматически, а не за счет перемещения летчиком своего тела. Все это обусловило значительные отличия его планеров от аппаратов лилиенталевского типа.

В июле 1896 г. О.Шанют при участии А.Херринга построил планер-биплан, на этот раз с балансирным способом управления. Этот летательный аппарат стал этапной конструкцией в развитии авиации. Простой, легкий и в то же время прочный, он был лучшим балансирным планером своего времени и послужил образцом в конструкторской деятельности братьев Райт и некоторых других пионеров авиации.
Наиболее яркой особенностью планера Шанюта-Херринга являлась конструкция его крыла. Изготовленное из сосны и полотна, оно имело прямоугольные очертания, рациональную  конструктивно-силовую схему из перпендикулярных друг другу лонжеронов, нервюр, вертикальных стоек и диагонально натянутых проволочных растяжек. Такое расположение растяжек, позаимствованное Шанютом из опыта мостостроения, впервые применялось на летательном аппарате (Можайский, Лилиенталь и другие использовали «пирамидальную» схему, как делали на кораблях для укрепления мачт).

Новый этап в развитии планера связан с именами американских изобретателей братьев
Уилбура и Орвилла Райт. Интерес к планеризму зародился у братьев Райт под влиянием сообщений о полетах Лилиенталя и его последователей: Пильчера, Шанюта, Херринга. Внимательно изучив их опыт, Райты решили взять за основу своего планера биплан Шанюта-Херринга 1896 г., однако внесли в конструкцию ряд существенных изменений. Наиболее важным был отказ от балансирного способа управления.

«Этот способ, – писали они позднее, – казался нам неправильным, так как вес летчика и площадь, по которой он может передвигаться, невелики, а силы, заставляющие планер выходить из равновесия, непременно возрастают, если увеличиваются площадь крыльев и сила ветра. Для больших машин мы хотели применить такую систему, при которой летчик мог бы использовать силу ветра, чтобы вновь восстановить устойчивость, нарушенную тем же ветром».

Еще до Райтов, в 1895–1896 гг., Лилиенталь и Вольфмюллер рассматривали возможность
применения на своих балансирных планерах аэродинамических средств управления. На недостатки балансирного управления указывал и О.Шанют. Однако никаких практических шагов в этом направлении предшественники братьев Райт не сделали, так как на их летательных аппаратах человек держался руками за крыло и поэтому не мог отклонять рычаги управления.
Райты решили снабдить планер подвижными поверхностями, понимая, что силы, развиваемые аэродинамическими рулями, возрастают при увеличении размеров планера и скорости ветра в той же пропорции, что и возмущающие усилия, и, следовательно, эффективность новой системы управления не зависит от величины летательного аппарата и условий полета. По существу это был возврат к временам аэродинамически управляемых планеров Ле Бри. Однако в отличие от Ле Бри, братья Райт могли опереться на практический опыт планерных полетов.

Способ поперечного управления Райты «подсмотрели» у птиц. «Мои наблюдения за полетом сарычей, – писал У. Райт, – привели меня к убеждению, что они восстанавливают боковое равновесие в случае, если порыв ветра нарушает его, с помощью крутки концов крыльев. Если задняя кромка конца правого крыла закручивается вверх, а левая – вниз, птица становится как бы живой ветряной мельницей и сразу же начинает поворачиваться вокруг оси, представляющей собой линию от ее головы к хвосту»

Для проверки нового метода управления летом 1899 г. Райты построили бипланный воздушный змей с размахом 1,5 м. Крылья были шарнирно соединены с вертикальными стойками. Экспериментатор, стоя на земле, мог с помощью нитей перемещать одно крыло относительно другого. При одновременном подтягивании обоих концов верхнего крыла оно смещалось
вперед параллельно нижнему, обеспечивая продольное управление змеем, а в случае подтягивания диагонально противоположных концов крылья перекашивались, и создавался момент относительно продольной оси. Испытания показали работоспособность системы управления.

Новая серия летных экспериментов началась в июле 1901 г. На этот раз аппарат испытывали
в свободном полете. Как и в предыдущем году, достигнутые результаты оказались значительно
хуже ожидаемых. Несмотря на горизонтальное расположение летчика, планирующие свойства
были намного ниже расчетных: угол снижения составлял 10-13град. вместо предполагаемых 3град.

Кроме того, выявился ряд серьезных недостатков в системе управления. Одним из них
была малая эффективность руля высоты, а иногда и обратная реакция планера на его отклонение. Как выяснилось, это было обусловлено аномальным перемещением центра давления сильно изогнутого профиля при малых углах атаки. Дефект удалось устранить, уменьшив
кривизну профиля крыла до 1/19. Другим труднообъяснимым явлением была обратная реакция планера на перекашивание крыла.

«Мы обнаружили, – писал У.Райт Шанюту в августе 1901 г., – что наша машина ни при каких обстоятельствах не поворачивает в сторону опущенного крыла. Этот очень неожиданный результат опрокидывает все наши теории о методе выполнения разворотов». Братья Райтвпервые столкнулись с хорошо известным сейчас эффектом возникновения неблагоприятного момента рыскания при отклонении элеронов или перекашивании крыла. Он объясняется образованием на конце крыла с увеличенным углом атаки дополнительного аэродинамического сопротивления, стремящегося развернуть аппарат в направлении, обратном тому, которое должно достигаться за счет крена. Во время опытов 1901 г. Райты выполнили несколько сотен полетов. Максимальная дальность планирования составила 118 м. Удавалось совершать полеты при скорости ветра до 12 м/с.

Однако изобретатели были еще далеки от окончательного успеха. Несмотря на меры, принятые для улучшения управляемости и уменьшения лобового сопротивления, аппарат 1901 г. не обладал заметными преимуществами перед балансирными планерами прежних лет.

Первый по-настоящему успешный планер с аэродинамической системой управления был создан братьями Райт в 1902 г. Его постройке предшествовали интенсивные аэродинамические исследования профилей и формы крыла в сконструированной Райтами аэродинамической трубе. Они позволили сделать ряд усовершенствований. Важнейшим из них явилось увеличение вдвое удлинения крыла, был также изменен крыльевой профиль. В результате аэродинамическое качество планера возросло примерно в полтора раза.

Большое значение имело и усовершенствование системы бокового управления. Убедившись в невозможности контролировать направление полета только с помощью перекашивания крыла, Райты на новом планере установили сзади вертикальное оперение. Первоначально оно было неподвижным и состояло из двух плоскостей, расположенных параллельно друг другу. Вскоре, однако, выяснилось, что эта мера не обеспечивает устранения неблагоприятного момента рыскания при перекашивании. Поднятое крыло по-прежнему противодействовало повороту, усиливался крен и возникала реальная опасность неуправляемого скольжения на опущенное крыло (один из полетов О.Райта из-за этого закончился падением, к счастью, с небольшой высоты). Выход был найден в замене неподвижного вертикального стабилизатора подвижным. Вместо двух вертикальных поверхностей установили одну, кинематически связав ее с системой перекашивания крыла так, что руль направления автоматически поворачивался в сторону крена. Благодаря этому компенсировалась разница в сопротивлении опущенного и поднятого крыла и появилась возможность совершать правильный разворот с креном. Данное техническое решение и другие конструктивные особенности планера изобретатели запатентовали весной 1903 г.

Опыты продолжали в 1903 г., время полетов возросло до минуты и более. Несмотря
на большие размеры и вес (размах крыла – 10 м, вес с человеком – 120 кг), планер надежно управлялся даже при ветре 16 м/с. Это доказывало, что на аэродинамически управляемом летательном аппарате возможность контролировать его полет не зависит в отличие от балансирных планеров от величины и веса машины. И хотя после аварии, произошедшей с О.Райтом, братья не рисковали подниматься высоко от земли и старались избегать поворотов более, чем на четверть круга, за время полетов они приобрели большой опыт и убедились в хороших пилотажных свойствах своего планера. О.Шанют, присутствовавший при полетах, отметил превосходство нового летательного аппарата Райтов перед всеми созданными ранее планерами.

Итоги деятельности братьев Райт в области планеростроения:

• Следует подчеркнуть, что основным изобретением конструкторов явилось создание работоспособной системы аэродинамического управления. Хотя Райты и не были первыми, кто предложил управлять креном с помощью аэродинамических средств, им принадлежит заслуга внедрения этого принципа в практику. Основываясь на летном опыте, они выявили необходимость совместного действия механизма перекашивания и руля направления для путевого управления и создали таким образом первую удачную систему бокового управления.
• Другие нововведения, сделанные Райтами на планерах – устранение хвостового горизонтального оперения, переднее расположение руля высоты, необычное размещение летчика – не оказались полезными для авиации. Отказ от хвостового стабилизатора явился ошибкой, осознанной ими десять лет спустя: статическая неустойчивость хотя и повышала эффективность управления, но сильно затрудняла пилотирование, требуя от летчика большого искусства. Горизонтальная поверхность впереди крыла на летательных аппаратах братьев Райт не только не способствовала стабильности полета, но даже ухудшала ее. Лежачее положение летчика давало некоторое уменьшение лобового сопротивления, однако из-за большого общего сопротивления планера это было малозаметно и не оправдывало значительных неудобств в эксплуатации.
• Несмотря на ошибочность некоторых взглядов, братья Райт сыграли исключительно
  большую роль в развитии авиации. Замена балансирного управления аэродинамическим открыла перспективы дальнейшего совершенствования аппаратов с неподвижным крылом, так как устраняла связанные с управляемостью ограничения в выборе геометрических и весовых параметров.

Зарождение планеризма явилось важной вехой в деле освоения воздушного океана. Практические эксперименты доказали возможность полета человека на аппарате с неподвижным крылом. Планеризм способствовал разработке средств балансировки и управления в воздухе, позволил выявить взаимосвязь движения крена и рыскания, доказал необходимость поперечного управления. В ходе летной практики были изучены методы взлета и посадки, исследованы достоинства и недостатки различных форм и конструктивно-силовых схем крыла и стабилизирующих поверхностей. Полеты на планерах явились хорошей школой овладения
летным мастерством. Все это облегчило следующий шаг – создание моторизованного варианта планера, т.е. самолета.

Завершающий этап истории изобретения самолёта

От планера к самолёту 

Идея снабдить планер легким двигателем для увеличения продолжительности нахождения в воздухе возникла вскоре после осуществления первых планирующих полетов. Вначале
установка двигателя не преследовала цели превращения планера в самолет: взлет должен был
происходить как обычно, после разбега со склона против ветра, а двигатель предполагалось включать лишь эпизодически, для перелета от одного восходящего потока к другому.
Первым решил применить легкий двигатель на планере О.Лилиенталь. В 1893–1894 гг. он построил моноплан с одноцилиндровым двигателем, работающим на сжатом углекислом газе.
Являясь убежденным сторонником полета по образцу птиц, в качестве пропеллера Лилиенталь
решил использов ать машущее крыло, концы которого были расчленены на «перья». Поворачиваясь под давлением воздуха вокруг своей оси при движении крыла вниз, «перья» должны были создавать направленную вперед силу. Двигатель мощностью около 2 л.с. был рассчитан на две минуты работы и весил вместе с резервуарами углекислоты 20 кг. Он крепился ремнями на грудь летчика. Движение штока передавалось крыльям с помощью цепной передачи. Аппарат испытывался в 1894 г. только как планер, так как добиться надежной работы двигателя не удалось.

Еще одним из планеристов XIX в., который решил добавить к крыльям двигатель, был А.Херринг. За время полетов на планерах он приобрел немалый опыт и посчитал, что пора сделать следующий шаг – перейти к моторным полетам.
Херринг начал с того, что закрепил на своем планере-триплане мешочек с песком, имитирующий вес двигателя. Летные эксперименты, выполненные в конце 1896 г., дали обнадеживающие результаты, и вскоре с помощью Шанюта Херринг подготовил проект мотопланера. Его конструкция в основном повторяла облик планера-триплана, но добавились двигатель, вращающий тянущий и толкающий винты и колесное шасси. Метод управления остался тем же – балансирным. После малоуспешных опытов Херринг окончательно убедился в необходимости замены двигателя на сжатом воздухе. Нужен был более мощный и дольше работающий двигатель.
Однако это неизбежно вело к увеличению веса и размеров аппарата, что требовало нового метода старта и, главное, делало неприменимым балансирное управление: при весе силовой установки 40–50 кг (именно столько весили в те годы лучшие ДВС необходимой для полета мощности) контролировать положение аппарата в воздухе за счет перемещения тела пилота становилось уже невозможно.

Как известно, выход из возникшего противоречия был найден в результате предложенной
братьями Райт замены балансирного управления аэродинамическим. Их планеры были первыми удачными безмоторными аппаратами, управляемость которых не зависила от размеров и
веса машины, и поэтому именно Райтам удалось достичь успеха в преобразовании планера в самолет. Я не случайно употребляю слово «самолет», а не «мотопланер», так как О. и У. Райт решили осуществлять все стадии полета, включая взлет, только с помощью двигателя.
Мысль о создании самолета на основе безмоторного летательного аппарата возникла у братьев Райт в конце 1902 г. после успешных испытаний планера с усовершенствованной системой бокового управления.

11 декабря в письме О. Шанюту они писали: «Мы намерены в следующем году построить значительно большую и примерно вдвое более тяжелую машину, чем
наш настоящий аппарат. На ней мы будем изучать проблемы старта и управления тяжелым аппаратом, и если найдем его хорошо управляемым в полете, то произведем установку мотора». Вскоре, однако, было решено сразу строить аппарат с двигателем, не теряя времени на испытания его безмоторного варианта.

Решение о создании самолета наложило заметный отпечаток на характер деятельности
изобретателей. Если вначале Райты относились к планеризму как к спорту и регулярно знакомили общественность со своими достижениями, то, приступив к постройке самолета, они постарались по возможности засекретить сведения о его конструкции, понимая, что первенство в решении проблемы моторного полета принесет им известность и состояние. Братья-изобретатели уклонились от обсуждения технических особенностей сконструированных ими аппаратов с одним из своих конкурентов, С.Ленгли, отказались от запланированного на лето 1903 г. визита
французского энтузиаста авиации Ф.Фербера в Китти-Хоук.
Двигатель и пропеллеры для самолета были изготовлены в течение зимы и весны 1903 г. Короткие сроки создания силовой установки объясняются тем, что Райты, в отличие от большинства своих предшественников, не ставили перед собой задачу сконструировать какой-то особый сверхлегкий двигатель. Построенный при их участии четырехцилиндровый рядный бензиновый двигатель водяного охлаждения мощностью 12 л.с. представлял собой облегченный вариант обычного автомобильного ДВС и вместе со вспомогательными системами имел вес 90 кг, т.е. 7,5 кг/л.с. Это значительно больше, чем у двигателя самолета Ленгли, и даже больше, чем у авиационных паровых двигателей конца XIX в. Тем не менее, по расчетам братьев Райт, он должен был поднять их самолет в воздух.
При разработке пропеллера Райты опирались на опыт исследований, выполненных ими в
1901–1902 гг. Рассматривая воздушный винт, как вращающееся крыло и стремясь подобрать наивыгоднейший для каждого сечения профиль, они создали пропеллер с рекордным для своего
времени КПД – 66%. Винты соединялись с  цепной передачей, уменьшавшей частоту
вращения пропеллера втрое. Общий вес трансмиссии и винтов составлял 41 кг.

Конструкция самолета была примерно, как у планера 1902 г., но в связи с возросшим взлетным весом аппарата размеры крыла увеличили.
Возросла также площадь органов управления– одинарные поверхности рулей заменили двойными. Руль направления автоматически поворачивался при перекашивании крыла. Под
крылом установили полозья; использовать колесное шасси было невозможно из-за песчаной
почвы в Китти-Хоук, где должен был испытываться самолет.

Сборку самолета завершили в начале ноября 1903 г. Это был биплан с двумя толкающими пропеллерами, вращающимися в противоположных направлениях. Двигатель находился на нижнем крыле, сбоку от летчика. Так же, как и на планерах, пилот размещался в полете лежа и управлял перекашиванием крыла движением бедер. Перед ним были расположены две рукоятки, одна из которых служила для управления рулем высоты, другая – для включения и выключения двигателя. Взлетный вес самолета равнялся 340 кг, площадь крыла – 47,4м2, размах – 12,3 м, диаметр винтов – 2,5 м.

Во время проб двигателя выяснилась недостаточная прочность валов пропеллеров. Пришлось заменить пустотелые валы сплошными. В декабре 1903года самолет был готов к полетам. 

Первые испытания «Флайера», как назвали свой самолет братья Райт, состоялись 14 декабря 1903 г. Ветер был слабый, и для облегчения взлета рельс расположили на склоне песчаного
холма под углом 9 град. После 16-метровой пробежки под уклон самолет поднялся в воздух, тут же
резко задрал нос и упал на крыло с высоты около 5 м, пробыв в воздухе всего три с половиной
секунды. Авария была вызвана слишком резким отклонением руля высоты; как выяснилось,
он был неправильно сбалансирован. Повреждения конструкции были невелики, пилот, У.Райт, не пострадал.
17 декабря состоялись повторные испытания.
В этот день дул достаточно сильный ветер, и старт производился с горизонтально лежащего
рельса. Удалось выполнить четыре полета. 

Итак, 17 декабря 1903 г. братьям Райт удалось выполнить четыре коротких полета, общая продолжительность которых составила меньше двух минут. При этом не делалось попыток маневрировать в воздухе, все четыре испытания были прерваны из-за ошибок в пилотировании. И все же это было подлинно историческое событие:
человек впервые полетел на самолете, причем в течение одного дня несколько раз совершил полеты без потери скорости и высоты. Опираясь на опыт своих предшественников и на собственную практику планеростроения, братья Райт создали самолет, который не только обладал необходимыми энерговооруженностью, аэродинамическим качеством и запасом прочности, но и имел эффективную систему бокового и продольного управления, – именно то, чего не хватало «летательным машинам» Адера, Максима, Ято и др.
Успех, достигнутый братьями Райт, в значительной мере был обусловлен правильным методом проектирования. В отличие от многих своих предшественников и современников, Райты не бросались от одного вида конструкции к другому, а последовательно и методично совершенствовали выбранный ими тип летательного аппарата, удачно сочетая в себе качества исследователей, инженеров и летчиков-испытателей.

...В 1898 г., за пять лет до полета самолета  братьев Райт, Н.Е. Жуковский писал: «Проще прибавить двигатель к хорошо изученной скользящей летательной машине (планеру. – Д.С.), нежели сесть на машину, которая никогда не летала с человеком».

Жизнь подтвердила правоту ученого. Практика планерных полетов позволила в короткий срок создать легкие, прочные и хорошо управляемые летательные аппараты, превратить которые в самолет оказалось значительно проще, чем сделать шаг от модели к самолету.
Конечно работы по созданию летательных аппаратов базировались не только на достижениях планеризма, но и на всем накопленном мировом опыте авиации. Конструкции бипланов Шанюта-Херринга и братьев Райт возникли как развитие идей Кейли и Стрингфеллоу; 
воздушный винт, аэродинамические средства управления и ряд других особенностей «Флайера» также были известны в XIX в. Но планеризм явился катализатором появления самолета, ускорившим его создание, как минимум, на несколько лет.

Подводя итоги семилетней деятельности в авиации, У.Райт в конце 1905 г. писал:

«Мы наконец завершили экспериментальную стадию и в настоящее время готовы предложить нашу машину для продажи как секретное практическое изобретение».

Действительно, «Флайер-3» представлял собой аппарат, способный продолжительное время находиться в воздухе, выполнять маневры в полете. Однако называть его полностью практическим самолетом все же нельзя. Из-за отсутствия колесного шасси и малой энерговооруженности он должен был взлетать по рельсу с помощью катапульты и, в случае вынужденной посадки вдали от точки старта, вновь подняться в воздух уже не мог. Кроме того, летать на самолете из-за его неустойчивости и необычного лежачего положения летчика было весьма непросто.

Превращение планера в самолёт

После решения не подражать братьям Райт работы в области самолетостроения в Европе не
прекратились. Более того, их интенсивность возросла.

В 1905 г. к Ферберу, Вуазену, ЭсноПельтри и Аршдекону присоединился Блерио.
Год спустя во Франции строили самолеты Сантос-Дюмон и Вуйя, в Дании в этой области начал работать Я.Эллехаммер. В 1907 г. над созданием самолетов в Европе уже трудилось не менее 15 авиаконструкторов. В Билланкуре (Франция) братья Г. и Ш.Вуазен организовали самолетостроительное предприятие, где по заказам клиентов в 1905–1908 гг. было изготовлено около 15 самолетов и планеров.

В октябре 1904 г. Эсно-Пельтри на своем втором планере впервые применил элероны. Они представляли собой две независимо действующие горизонтальные поверхности, закрепленные на балках перед крылом. Об этом методе поперечного управления было рассказано в журнале «Aerophile»4, после чего у Эсно-Пельтри появились последователи. В 1905 г. английский экспериментатор С.Коди установил элероны под крылом своего планера, а с 1906 г. Л.Блерио, А.Сантос-Дюмон и некоторые другие авиаконструкторы начали применять элероны на самолетах.

Новым стимулом к развитию авиации послужили учрежденные французским аэроклубом в 1904 г. крупные денежные призы за осуществление моторного полета на аппарате тяжелее воздуха. Они должны были присуждаться за дистанции 25 и 100 м и за полет по кругу длиной 1 км.

Первый самолет, созданный по типу коробчатого змея – Блерио-3 – построили в мастерских братьев Вуазен по заказу Блерио весной 1906 г. При виде спереди его крылья имели замкнутую эллиптическую форму, которая служила для улучшения поперечной устойчивости
в полете. Внутри переднего крыла установили руль высоты, внутри заднего – руль направления. Так же, как планер 1905 г., самолет должен был взлетать и садиться на воду. Для этого имелись три поплавка – два впереди и один сзади. Двигатель мощностью 24 л.с. с помощью цепной передачи вращал два пропеллера, расположенные перед передним крылом. При испытаниях самолета не смог совершить полет: большое гидродинамическое сопротивление мешало набрать нужную скорость при разбеге по воде.
Неудачные испытания гидросамолетов Кресса, Ленгли и Блерио заставили отказаться от распространенного тогда мнения, что взлет с воды проще и безопаснее, чем с твердой поверхности, и самолеты стали снабжать колесным шасси. Работы в области гидроавиации возобновились только в 1910–1911 гг.

Таким образом, в 1905 г. создание практического самолета еще не завершилось. Отмеченные выше недостатки удалось преодолеть к концу первого десятилетия XX в. в результате деятельности европейских, и прежде всего французских пионеров авиации.

Первым европейским самолетом, на котором удалось совершить полеты, был «14 бис»
конструкции Сантос-Дюмона. А.Сантос-Дюмон, переехавший из Бразилии во Францию и ставший одним з самых активных членов французского аэроклуба, был известен успешными полетами на дирижаблях собственной конструкции. После учреждения призов за моторный полет на аппарате тяжелее воздуха он решил попытать счастья на новом поприще  и приступил к созданию самолета. Летом 1906 г. самолет был готов. Внешне «14 бис» представлял собой гибрид самолета братьев Райт и «коробчатого» змея. Так же, как «Флайер», самолет Сантос-Дюмона имел схему «утка», бипланное крыло, расположенный впереди бипланный руль, толкающий пропеллер, однако крыло с помощью вертикальных перегородок было разделено на ячейки, вертикальные стенки находились также по краям горизонтального руля.

К числу специфических особенностей «14 бис» следует отнести большое поперечное «V» крыла и отсутствие специального руля направления: его роль выполняли боковые стенки вынесенного далеко вперед горизонтального стабилизатора, способного отклоняться как вверх-вниз, так и в стороны. Винт был установлен непосредственно на оси двигателя «Антуаннетт» мощностью 24 л.с. Самолет имел четырехгранный закрытый фюзеляж, летчик стоял в отсеке, напоминающем корзину аэростата. Основными материалами конструкции были сосна, бамбук и полотно. Шасси состояло из двухколесной тележки под центропланом крыла и расположенной впереди  дополнительной опоры.

Первые пробы состоялись в июле 1906 г. Сначала самолет испытывали подвешенным к
дирижаблю «Сантос-Дюмон № 14» (отсюда и происходит его название «14 бис». – Д.С.), затем
– вдоль натянутой проволоки. В конце августа конструктор начал попытки свободного полета.
Долгое время ему не удавалось подняться в воздух, и только после установки вдвое более мощного двигателя самолет смог оторваться от земли. Полет состоялся 23 октября в присутствии
комиссии аэроклуба. Один из членов комиссии, Ф.Фербер, писал: «В этот день, в 4.45 после полудня, Сантос-Дюмон на своем аэроплане «14 бис» с двигателем «Антуаннетт» в 50 л.с.
поднялся в воздух и пролетел дистанцию больше, чем 50 м, и меньше, чем 100 м (впоследствии дальность полета оценили точнее: 60 м – Д.С.). Средняя высота полета была около 3 м.
Присутствовавшие при этом члены Авиационного комитета единогласно признали, что Сантос-Дюмон выиграл приз Аршдекона, присуждаемый первому, кто пролетит не менее 25 м».
21 ноября Сантос-Дюмон выиграл еще один приз Аршдекона за полет дальностью свыше
100 м. В этот день ему удалось преодолеть 220 м на высоте около 6 м.
Полеты Сантос-Дюмона вызвали сенсацию во Франции. Фербер расценил их, как «событие
величайшей важности». Этого же мнения придерживались и другие: впервые в присутствии
официальных наблюдателей человек взлетел на самолете без всяких вспомогательных средств.
В отличие от противоречивых сведений  достижениях братьев Райт, факт полета «14 бис»
не вызывал сомнений. Казалось, что, как и в 1783 г., Франция вновь впереди всех в завоевании воздушной стихии.
Однако на самом деле «14 бис» не являлся самолетом, пригодным для настоящих полетов:

После коротких прямолинейных полетов, осуществленных главным образом благодаря превосходному двигателю конструкции Левавассера с удельным весом всего 2 кг/л.с. и безветренной погоде во время испытаний, несовершенство самолета дало о себе
знать: в начале 1907 г. «14 бис» потерпел аварию…

Оригинальный моноплан построил в конце 1907 г. А.Сантос-Дюмон. Самолет, которому конструктор присвоил № 19, имел очень маленькие размеры. Для легкости конструкция была выполнена в основном из бамбука. Развиваемых двигателем 20 л.с. было достаточно для полета, но управлять машиной оказалось трудно из-за неудачного расположения рулей, и испытания вскоре закончились аварией. Конструктор учел недостатки «№ 19» и в 1909 г. создал на его основе неплохо летавший легкий самолет Сантос-Дюмон-20 «Демуазель».

Кроме того, господствующий среди французских пионеров авиации взгляд на самолет, как на
«автомобиль с крыльями», обусловленный отсутствием у них опыта планерных полетов, привел к недооценке важности управляемости в полете. Около половины из числа построенных в Европе в 1904–1907 гг. самолетов и планеров не имело средств поперечного управления.
Следует также отметить, что первые европейские самолеты испытывались, как правило,
людьми, не имевшими никаких летных навыков, и не удивительно, что попытки полета постоянно сопровождались авариями. Бесконечные ремонты сильно замедляли проведение
испытаний.

И все же лучшие образцы французских самолетов обладали к началу 1908 г. рядом важных потенциальных преимуществ перед «Флайерами» братьев Райт. Благодаря хорошим двигателям и колесному шасси они были способны к автономному взлету, а присущая им устойчивость, сидячее положение летчика и более простая система управления облегчали пилотирование.
К числу других перспективных нововведений, появившихся на самолете в результате деятельности европейских пионеров авиации, следует отнести разработку конструкции моноплана с тянущим винтом, начало использования элеронов и применение смесительного устройства в приводе системы управления

Таким образом, для братьев Райт сложилась реальная угроза утраты новизны их изобретения. Самолеты успешно развивались независимо от них и в скором времени по своим
характеристикам могли превзойти «Флайер».
Это заставило изобретателей срочно показать свой самолет миру. По значительно сниженным ценам были заключены контракты с промышленными кругами Франции и правительством США, и началась подготовка к демонстрационным полетам.
В конструкцию самолета братья Райт внесли изменения. В соответствии с условиями контрактов он был переделан в двухместный, увеличена емкость топливного бака, для летчика и пассажира установили сидения на нижнем крыле. Отказ от горизонтального расположения пилота заставил изменить размещение органов  управления: управляющие креном салазки были заменены комбинированной рукояткой, действующей на руль направления и концы крыла.
Самолет снабдили новым, более мощным двигателем «Райт», 30 л.с. Модифицированный аппарат получил обозначение «Райт А».
Предварительные испытания самолета проходили в Китти-Хоук весной 1908 г. 14 мая впервые в истории авиации были выполнены полеты с пассажиром на борту. У.Райт и его помощник Ч.Фернас находились в воздухе 29 с, полет О.Райта с пассажиром продолжался 3 мин 40 с.
В августе 1908 г. У.Райт начал демонстрационный тур по Франции. До конца года он выполнил там 104 полета, во время которых был установлен целый ряд новых рекордов. Общее время
нахождения в воздухе составило более 25 часов.
На европейских пионеров авиации больше впечатление произвела маневренность самолета
братьев Райт. Уилбур совершал полеты с креном до 25град., выполнял резкие повороты, восьмерки, причем виражи осуществлялись не с помощью руля направления, как на самолетах европейских конструкторов, а за счет совместного действия органов путевого и поперечного управления. Впервые была продемонстрирована возможность использования средств поперечного управления не только для устранения крена, но и для маневров.
Пример самолета братьев Райт убеждал также в преимуществах винтов с трансмиссией.
Благодаря небольшой скорости вращения пропеллера Райты могли применять деревянные
винты большого диаметра. Это позволяло достичь хорошего по тем временам КПД пропеллера и, в результате, «Райт А» уверенно держался в воздухе при вдвое меньшей энерговооруженности,  чем самолеты Сантос-Дюмона, Вуазена, Блерио, Левавассера, снабженные примитивными металлическими винтами, установленными на валу двигателя.
Европейские авиаконструкторы быстро извлекли урок из увиденного.

С 1909 г. подавляющее большинство самолетов стали снабжать эффективными средствами поперечного управления – системой перекашивания крыла или крыльевыми элеронами увеличенной площади.
Получила распространение трансмиссия для уменьшения скорости вращения винта.

1909 г. стал годом всеобщего триумфа самолета. Перспективность нового технического средства доказывали постоянно улучшающиеся рекорды дальности, высоты и скорости, все более дальние внеаэродромные полеты, знаменитый перелет Л.Блерио на Блерио-1» из Франции в  Англию через пролив Ла Манш. В состоявшихся в конце августа первых авиационных состязаниях в Реймсе приняли участие 38 самолетов, на которых было выполнено 87 полетов
дальностью более 5 км и 7 – более 100 км. Французские и американские авиаторы демонстрировали свое умение в Австрии, Англии, Германии, Италии, Португалии, России, Румынии, Турции, Швеции. С 1909 г. началось серийное производство самолетов, во Франции открылись первые школы по подготовке летчиков.
Под влиянием публичных полетов самолетов братьев Райт и машин французских конструкторов начало развиваться самолетостроение в других странах. Осознав, что самолет может сыграть важную роль в военном деле и других сферах практической деятельности, из бюджета стали выделять средства на развитие авиации. Активизировалась деятельность изобретателей.

Под влиянием сенсационных сообщений из Франции число энтузиастов авиации в России быстро увеличивалось.
В 1908 г. начались полеты на планерах. Первыми русскими планеристами стали А.В.Шиуков и Б.И.Российский. Полеты осуществлялись на балансирных планерах типа биплана Шанюта Херринга. Студенты Императорского технического училища в Москве испытали планер Лилиенталя, купленный по инициативе профессора Н. Е. Жуковского еще в 1896 г. С планеризма начали свою карьеру в авиации такие известные авиаконструкторы, как А.Н.Туполев, Б.Н.Юрьев, Д.П.Григорович.

После появления в печати сообщений о впечатляющих полетах братьев Райт во Франции и
о дальних перелетах А.Фармана и Л.Блерио стало очевидным, что планеризм является пройденным этапом в развитии авиации. В 1909 г. в России появились первые самодельные самолеты. Задача их создателей осложнялась тем, что отечественная промышленность не производила пригодных для применения на самолете двигателей. Поэтому изобретатели часто были вынуждены конструировать и самолет и двигатель
к нему.

Так, например, летом 1909 г. механик самоучка А.Г.Уфимцев самостоятельно построил двухтактный ротативный авиационный двигатель и самолет с оригинальным круглым крылом и необычным для тех лет шасси с носовым колесом. Тем же путем пошел и инженер из Харькова С.В.Гризодубов.

Его первый самолет строился по образцу «Райта». Не имея чертежей и описания американской машины, Гризодубов изготовил их сам, используя для этого куски кинопленки с кадрами о полетах самолета братьев Райт во Франции. Московский изобретатель Ю.Кремп сделал легкий моноплан, на котором вместо колесного шасси установил деревянные лыжи для взлета со снега. Несовершенство двигателей не позволило названным здесь конструкторам поднять свои аппараты в воздух.
В том же, 1909 г., российское правительство, наконец, проявило интерес к самолетам. Было решено отклонить предложение братьев Райт о покупке их изобретения и создавать авиацию своими силами. Конструировать самолеты поручили офицерам-воздухоплавателям М.А.Агапову, Б.В.Голубеву, Б.Ф.Гебауеру и А.И.Шабскому. Решили строить трехместные самолеты различных типов, чтобы потом выбрать наиболее удачный. Никто из перечисленных выше лиц не только не летал на самолете, но даже никогда не видел его. Поэтому не приходится удивляться, что их творения терпели аварии еще во время пробежек по земле.

Первые успехи русской авиации датируются летом 1910 г. 5 июня профессор Киевского политехнического института А.С.Кудашев испытал свой биплан с французским двигателем «Анзани» мощностью 35 л.с., и ему, как свидетельствуют очевидцы, «удалось дважды подняться в  воздух и пролететь несколько десятков саженей»; 16 июня молодой  киевский авиаконструктор И.И.Сикорский преодолел на своем самолете С-2 с 25-сильным двигателем около 50 м по воздуху, а еще через три дня состоялся полет самолета инженера Я.М.Гаккеля, отличающегося от других бипланов тем, что он имел закрытый фюзеляж, а не просто конструкцию из нескольких балок.

Вскоре завод Первого Российского товарищества воздухоплавания в Петербурге начал серийный выпуск самолетов по образцу французских Фарман-3 и Блерио-11.

Заключение

• К 1910 г. в мире было построено около 80 различных самолетов. Все они имели деревянную конструкцию и полотняную обшивку,  внешние подкрепляющие крыло элементы
  (стойки, расчалки), шасси для взлета и посадки; для управления применялись аэродинамические рули и элероны, на некоторых самолетах (Блерио-11; Сантос-Дюмон-20, Этрих-1, Райт А) имелось устройство перекашивания крыла для поперечного управления. В качестве силовой установки использовались двигатели внутреннего сгорания мощностью 25–50 л.с. Взлетный вес самолетов составлял от 200 кг антос-Дюмон-20) до 550 кг («Вуазен», «Фарман»); они могли поднимать одного–двух человек и летать со скоростью около 60 км/ч.
• Теперь, когда история развития авиации хорошо изучена, можно по достоинству оценить заслугу русского изобретателя Можайский Александр Фёдорович, предложившего во второй половине XIX века конструкцию самолёта, все пять основных элементов которого присущи современным самолетам: силовая установка, фюзеляж, хвостовое оперение, крыло, шасси.

Существует немало работ, в которых основополагающая роль в появлении самолета приписывается какому-то конкретному изобретателю или представителям какой-то одной страны. Такой взгляд на развитие авиации, конечно, ошибочен. Самолет создавался усилиями десятков энтузиастов из разных стран. Это подлинно интернациональное изобретение.

Источник: Соболев Д.А. История самолетов мира

По теме:

https://ilsvik.ru/p?=64764