Опыты с геликоптерами
В 1754 году знаменитый русский ученый Михаил Ломоносов "с целью изучения верхних слоев атмосферы и для подъема термометров и электрических стрел" решил создать "аэродромическую машину". Модель машины вскоре была изготовлена и продемонстрирована на академическом собрании.
Маститые академики в напудренных париках с удивлением взирали на небольшой ящик, над которым возвышался вал с двумя четырехлопастными воздушными винтами. Весь этот диковинный аппарат, с помощью специально пристроенных на потолке блоков, был уравновешен соответствующим грузом на веревке.
Михаил Ломоносов быстрыми поворотами ключа завел до отказа пружину часового механизма внутри ящика, лопасти воздушных винтов начали вращаться в разные стороны. Ломоносов отпустил прибор, и он, под тягой винтов, легко устремился к высокому потолку академического зала.
Ученый секретарь обмакнул гусиное перо в чернила и, не теряя времени, начал записывать в протокол результаты испытаний.
До нас дошли эти строки, написанные четким каллиграфическим почерком: Господин Советник Ломоносов показал придуманную им машину, которую он называет аэродромической и назначение которой должно быть в том, чтобы работой крыльев, приводимых в сильное движение пружиной, каковые обычно бывают в часах, - горизонтально в противоположных направлениях, - прижимать воздух и поднимать машину в направлении верхней воздушной области с тем, чтобы можно было исследовать условия верхнего воздуха метеорологическими приборами, к этой аэродромической машине присоединенными".
Маститые ученые одобрительно кивали головами, отчего сзади у них смешно дергались косички париков, и никто из них, вероятно, не подумал тогда, что они присутствуют при знаменательном событии в истории авиации - рождении примитивной модели геликоптера.
"Геликоптер" в переводе с древнегреческого языка буквально означает "винтокрыл". Что же это такое?
Помните, еще гениальный Леонардо да Винчи оставил наброски аппарата, который бы поднимался вверх с помощью ввинчивающегося в воздух воздушного винта. Ломоносов с проектом Леонардо да Винчи не был знаком, так как труды его были опубликованы значительно позже. Он самостоятельно додумался до "аэродромической машины", которая и явилась, по существу, простейшим геликоптером.
Конечно, часовая пружина была слишком слабым и краткодействующим двигателем, чтобы поднимать приборы в верхние слои атмосферы. Но тем не менее было ясно: преодолеть земное тяготение таким способом вполне возможно.
После Ломоносова геликоптеры не давали покоя еще многим изобретателям. Так, например, французские ученые физик-механик Бьенвеню и естествоиспытатель Лонуа в 1784 году тоже построили маленькую модель геликоптера. Они взяли тонкую легкую палочку, насадили на ее концы обыкновенные пробки, а в пробки, перпендикулярно палочке, с каждой стороны воткнули по четыре гусиных пера, установив их под некоторым углом. Получилась как бы схематическая модель геликоптера с двумя винтами - один тянущий, другой - толкающий. Теперь надо было заставить их вращаться. Но как это сделать? Резины в то время еще не было, и изобретатели очень остроумно приспособили в качестве двигателя... маленький лук из упругого китового уса. Насадив дужку из китового уса на стерженек геликоптера и прикрепив к нему тетиву, они получили легкий механический двигатель. При закручивании тетива наматывалась на стерженек. При этом концы лучка упруго сгибались. Стоило выпустить из рук игрушку-геликоптер, как китовый ус, стараясь выпрямиться, быстро вращал стержень с винтами из гусиных перьев на концах. Легкая игрушка высоко взмывала вверх, как бы подтверждая, что идея Леонардо да Винчи и Ломоносова правильна и такой аппарат может летать. Но...
Но где взять легкую и мощную машину, чтобы построить не игрушечный, а настоящий геликоптер? Паровые двигатели хотя непрерывно совершенствовались, но все еще были необычайно громоздки и слабосильны. Только спустя 60 лет после опытов Бьенвеню и Лонуа, в 1843 году, английский механик Горацио Филиппс ухитрился смастерить крохотную паровую машинку и установил ее на модель геликоптера. Весь аппарат весил всего лишь два фунта. Спиртовая горелка создавала в миниатюрном паровом котле давление, поршень машинки приводил в движение лопасти винта, и механическая игрушка довольно высоко поднималась в воздух. По мере того, как давление пара падало, она плавно спускалась на землю.
В то время люди уже успешно летали на воздушных шарах и такие опыты не очень-то привлекали к себе внимание. Изобретателям порой приходилось сносить даже насмешки.
Оно и понятно. Ведь на воздушных шарах люди летали уже на сотни километров (правда, только по ветру, но все равно - далеко), поднимались на десятикилометровую высоту... А тут какие-то опыты, хотя и с летающими, но все-таки игрушками... Требовалось время и огромные усилия, чтобы новое доказало свое право на жизнь.
Вслед за англичанином Горацио Филиппсом французы Понтон д'Амекур и Габриель де ла Ланделль строят геликоптер с маленькой паровой машиной. Поставив свой аппарат на чашку весов, они на другую чашку положили груз и уравновесили стрелку весов. Пуская в ход машину, обнаружили, что чашка весов с геликоптером поднимается вверх. Значит, винты создают подъемную силу. Чтобы узнать ее величину, достаточно на чашку с геликоптером положить столько груза, чтобы весы снова уравновесились. Этот груз и равнялся величине подъемной силы, развиваемой геликоптером.
Так впервые была измерена тяга, которую создают винты, или подъемная сила.
Больше того. Понтон д'Амекур и Ланделль построили еще один геликоптер, который приводился в действие не паровой машиной, а с помощью мускульной силы человека. Увы, подъемная сила, развиваемая человеком, равнялась всего одному пуду, то есть шестнадцати килограммам. Этого было явно мало, чтобы оторваться от земли.
А к тому времени как раз стали появляться сравнительно сильные и легкие паровые машины, электрические двигатели и даже первые бензиновые моторы. Этим не преминули воспользоваться изобретатели.
В конце XIX века француз Леже построил огромный геликоптер с диаметром винта в несколько метров, который приводился в движение электромотором. На полной мощности геликоптер вместе с изобретателем оторвался от земли. Правда, не высоко, но оторвался. Леже оказался первым человеком, который сумел подняться на винтокрыле.
Все эти опыты еще раз показали, что хотя идея геликоптера и правильна, но время для них еще не настало.
Поиски путей продолжаются
Помните, при раскопках египетских пирамид была найдена модель планера, изготовленная три с половиной тысячи лет назад? Кто до нее додумался неизвестно. Леонардо да Винчи тоже пришел в своих трудах к идее скользящего полета. И холоп Никита со своими крыльями, и многие другие авиаторы вносили свою лепту в общее дело. И, очевидно, без этого опыта и поисков совершенно невозможно было бы то предвидение, с которым еще в 1809 году английский математик Джордж Кейли писал о воображаемом им самолете: "...Наклоненная к горизонту поверхность дает прибору подъем. Вращающийся винт создает перемещение. Легкий двигатель - паровая машина или взрывчатый мотор, работающий от взрывов смеси газа и воздуха, - могут служить источником энергии. Хвост для устойчивости, возможность перемещения центра давления и автоматическая регулировка устойчивого положения - вот главное, что нужно в летательном аппарате".
Эти строки, написанные в начале девятнадцатого века, когда еще никто понятия не имел об аэропланах, удивляют: это же описание современного легкого самолета.
Кейли пытался осуществить свой проект. Но уровень техники был еще настолько низок, что его попытка с самого начала была обречена на неудачу.
Через тридцать три года после Кейли его идею задумал осуществить другой англичанин, механик Вильям Самюэль Хенсон. Он разработал проект аэроплана с огромными крыльями, площадью в 300 квадратных метров, и паровым двигателем в 20 лошадиных сил. Но конструкция вышла настолько тяжелой и громоздкой, а двигатель настолько слаб, что из этой затеи ничего не вышло.
А воздушные шары, между тем, завоевали мир. На фоне их успехов нашлось немало скептиков, которые с апломбом заверяли, что полеты на аппаратах тяжелее воздуха - дело совершенно безнадежное, что лучше не тратить напрасно усилия и средства на какие-то летающие игрушки, а совершенствовать то, что уже есть и действительно летает - аэростаты.
Тогда Понтон д'Амекур и Габриель де ла Ланделль, проводившие опыты с геликоптерами, вместе с примкнувшим к ним воздухоплавателем, человеком многих увлечений - писателем, артистом, фотографом, спортсменом Феликсом Надаром (его настоящее имя - Феликс Турнашон) в 1863 году выступили с "Манифестом воздушного самодвижения".
Горячо верившие в будущее крылатых аппаратов, они объявили войну "игрушке ветров" - воздушным шарам.
"... Чтобы вести борьбу с воздухом, - писали они, - нужно создавать машины тяжелее, чем воздух. Подобно тому, как птица тяжелее воздуха, в котором она двигается, так и человек должен найти для себя опору в воздухе... Винт, святой винт... поднимет нас в воздух, проникая в него, как бурав в дерево..."
Манифест был опубликован в газетах многих стран, всколыхнул сотни энтузиастов. Во Франции организовалось общество сторонников аппарата тяжелее воздуха, которое возглавил знаменитый писатель-фантаст Жюль Верн. Он написал свой очередной роман "Воздушный корабль", герой которого - инженер Робур убежденно говорил: "Подобно тому, как человек стал повелителем морей сначала с помощью весельного судна, а затем колесного или винтового парохода, он станет также и победителем воздушной стихии с помощью аппаратов тяжелее воздуха, ибо надо быть тяжелее воздуха, чтобы стать сильнее его!.. Грядущее принадлежит летательным машинам. Воздух для них достаточно надежная опора".
Не обошли эти споры и Россию.
Дмитрий Иванович Менделеев в журнале "Воздухоплаватель", созданном по его инициативе, в 1880 году с присущей ему прозорливостью писал, что будущее за аппаратами тяжелее воздуха.
Сегодня, когда небо над нашей планетой бороздят во всех направлениях десятки тысяч самолетов, совершенно очевидными кажутся их преимущества перед воздушными шарами. Но еще сто лет назад, а то и меньше, аппараты тяжелее воздуха нуждались в защите и поддержке таких авторитетов, как Жюль Верн, Менделеев и многие другие.
И мы можем гордиться, что и наши соотечественники - знаменитые и безызвестные - вложили немало труда, смекалки и находчивости в победу над воздушной стихией.
Моряк Ле-Бри поднимается в воздух
О самом Ле-Бри сохранилось мало сведений. Достоверно известно, что он был моряком французского флота, потом неожиданно увлекся летанием.
Впрочем, так ли уж неожиданно?
На заре воздухоплавания многие моряки увлекались авиацией. И это не случайно. Огромные океанские просторы, ветер, наполняющий тугие паруса, вечные спутники парусников чайки и альбатросы, часами парящие над палубой, все это наводило на мечту о крыльях. К тому же на флоте тогда, как сейчас в космонавтике, концентрировались передовые достижения науки и техники, моряки были образованными людьми.
В то время на флоте применялись воздушные змеи для научных исследований, сигнализации и других целей. Например, в шторм с их помощью забрасывался линь, которым на судно или на берег, в зависимости от надобности, подтягивались швартовочные канаты.
Практическое знакомство со змеями побудило Ле-Бри сделать такой планер-змей, на котором можно было бы подниматься в воздух самому.
Он рассудил просто. Если быстрый парусник при своем движении создает достаточную скорость для подъема в небо довольно больших воздушных змеев, то что мешает на земле заменить парусник быстро несущейся телегой?
Он построил огромную искусственную птицу с размахом крыльев около 15 метров. Крылья крепились подвижно к длинной лодочке, в которой располагался сам Ле-Бри. Они были сделаны из легких прутьев и обтянуты привычной моряку тонкой парусиной. С помощью рычагов Ле-Бри мог менять угол крыльев и тем самым в полете увеличивать или уменьшать их подъемную силу. Некоторые историки утверждают, что Ле-Бри мог даже с помощью рычагов махать крыльями, как птица. Однако детальной схемы аппарата не сохранилось и сейчас трудно судить о нем во всех подробностях.
В свой первый полет моряк отправился на буксире за телегой. Возница хлестнул лошадь, и, привязанный на длинном канате к телеге, планер-змей легко взмыл в небо. Ле-Бри, восседая в лодочке, с помощью рычагов старался создать подъемную силу побольше и подняться повыше.
Но тут случилось непредвиденное. Буксирная веревка от натяжения лопнула, и возница, чтобы спасти положение, сам ухватился за нее. Подъемная сила была настолько велика, что возницу оторвало от телеги, и он с испугом отпустил веревку.
Однако бывалый моряк Ле-Бри не растерялся. Подергав рычагами, он перевел крылья на малый угол и вполне благополучно спустился.
Первый успех окрыляет Ле-Бри. Он еще несколько раз стартовал на привязи и, убедившись, что его птица держится неплохо, решил отказаться от буксирной веревки и взлететь по-орлиному. Орлы, как известно, расправляют крылья, отталкиваются от скалы и парят против ветра. Ле-Бри втащил свою птицу на холм - а весила она 42 килограмма, - отдышался, сел в лодочку и попросил друзей подтолкнуть его с холма. Но дело кончилось плохо. Птица упала и разбилась, а Ле-Бри поломал ногу. Это случилось в 1857 году.
После этого храбрый моряк-авиатор целых десять лет не давал о себе знать.
Но после манифеста Ле-Бри опять принялся за дело. Он построил новый аппарат, на котором, как утверждают очевидцы, однажды ему удалось взлететь на десять метров и пролететь тридцать метров. Но неудача снова ждала моряка. В одном из полетов он опять упал, от планера остались одни обломки.
После этого Ле-Бри больше не испытывал судьбу.
Но имя Ле-Бри, моряка с крылатой душой, вошло в историю авиации. Очевидно, он был одним из первых, кому удалось на планере-змее совершить пусть небольшие, но удачные скользящие, или, как теперь говорят, планирующие полеты.
Самолет А.Ф. Можайского
В то время как во Франции моряк Ле-Бри проводил опыты со своими змеями-планерами, в России над проблемами полета человека долго и упорно работал морской офицер Александр Федорович Можайский.
Можайский родился в 1825 году в семье военного моряка и по традиции учился в Петербургском морском кадетском корпусе. В возрасте 28 лет лейтенант Можайский в составе экипажа фрегата "Диана", который шел в паре с фрегатом "Паллада", отправляется в кругосветное плавание.
11 декабря 1854 года, во время землетрясения и наката огромных волн цунами в японской бухте Симодо, "Диана" получила большие повреждения. Экипажу с трудом удалось вывести корабль из бухты. Однако в пути его настиг шторм, с которым "Диана" справиться уже не смогла. Корабль затонул, а экипаж высадился на японский остров. Чтобы добраться на родину, моряки принялись строить шхуну. В ее проектировании и постройке самое деятельное участие принимал талантливый моряк и отличный художник Александр Можайский.
Возвратившись на родину, Можайский участвовал в охране дальневосточных берегов России. Англия и Франция в то время вели с Россией Крымскую войну и угрожали ее дальневосточным владениям. За мужество Можайский был награжден орденом и медалью: он успешно командовал флотилией мелких судов во главе с транспортом "Двина", охранявших Амурский лиман.
Позже Можайский руководит постройкой одного из первых в России винтовых клиперов "Всадник". Он же становится его капитаном и плавает в Балтийском море.
Образованный и пытливый моряк, еще во время дальних плаваний Можайский начинает интересоваться летательными аппаратами тяжелее воздуха. Он часами наблюдает за полетами различных морских птиц, сравнивает их, анализирует парящий и машущий полеты.
"При наблюдении за полетом птиц, - пишет он, - ми замечаем, что птица, получив быстроту движения вперед от взмахов крыльями, иногда, перестав бить крыльями и держа их и хвост неподвижно, продолжает быстро лететь вперед, парить в том же направлении. С уменьшением быстроты движения птица или начинает понижаться к земле, или снова махать крыльями. Эта способность парить не у всех птиц одинакова; легко заметить, что птицы, имеющие большую площадь крыльев при легком корпусе, парят лучше, чем птицы сравнительно тяжелее с небольшими крыльями. Наконец, легко заметить и то, что для первой категории породы птиц для возможности парения вовсе не требуется той быстроты полета, каковая необходима для последних".
Так Можайский подошел к одной из главнейших зависимостей в авиации зависимости скорости полета от удельной нагрузки на единицу площади крыла: чем больше скорость движения, тем большую тяжесть может нести та же площадь.
Уйдя в отставку, Можайский все свое время посвящает созданию самолета. Он изучает все, что тогда было написано о воздухоплавании и летательных аппаратах тяжелее воздуха. А написано было очень мало. Авиация только-только зарождалась. До всего надо было доходить своим умом и собственным опытом.
Для начала Можайский проводит опыты с воздушными змеями. Целых три года, с 1873 по 1876, он испытывает различные конструкции змеев, подбирает наиболее выгодный угол атаки, то есть угол плоскости змея к направлению ветра, и решает, что он должен быть, как у птицы, не более 15 градусов. Постепенно увеличивая размеры, он подбирает необходимую площадь змея и добивается такой грузоподъемности, что осмеливается подняться на нем в воздух сам.
На Украине, недалеко от Винницы, есть районный центр Вороновица. В небольшом здании, примыкающем к парку, ныне находится средняя школа. На фасаде этого здания установлены памятные доски. Они рассказывают о том, что здание принадлежало брату Можайского и что здесь изобретатель первого в мире самолета бывал в семидесятые годы прошлого столетия и работал над своими проектами. До сих пор в Вороновице передают из поколения в поколение рассказы о том, как Александр Федорович Можайский строил змеи и поднимался на них в воздух.
Происходило это так. К телеге, запряженной тройкой лошадей, привязывался буксирный канат. Тройка срывалась с места, и воздушный змей под напором воздуха поднимался вверх, а под ним, ухватившись за специальное устройство, взлетал на высоту и изобретатель. Военный инженер, полковник П. Богославский писал в "Кронштадтском вестнике", что Можайский в 1876 году "два раза поднимался в воздух и летал с комфортом".
Насчет "комфорта" он, пожалуй, несколько преувеличил, потому что дело это было новое и опасное. В одном из таких полетов змей перевернулся, и Можайский сломал ногу. Так на горьком опыте изобретатель убедился, что его планеру-змею необходимо приделать еще и хвостовое оперение для устойчивости.
Приобретя серьезный опыт при работе со змеями, можно было перейти к конструированию самолета. Но Можайский не торопится. Он решает все хорошенько проверить еще раз и строит в 1876 году модель самолета.
Полковник П. Богославский, близко знакомый с работами изобретателя, писал в том же "Кронштадтском вестнике" 12 января 1877 года:
"На днях нам довелось быть при опытах над летательным аппаратом, придуманным нашим моряком г. Можайским. Изобретатель весьма верно решил давно стоявший на очереди вопрос воздухоплавания. Аппарат, при помощи своих двигательных снарядов, не только летает, бегает по земле, но может и плавать.
Быстрота полета аппарата изумительная: он не боится ни тяжести, ни ветра и способен летать в любом направлении..."
Испытания проходили в Петербургском манеже. Модель имела короткое, широкое крыло, хвостовое оперение, четырехколесное шасси для взлета и посадки и три четырехлопастных винта, из которых два располагались в прорезях на крыльях, а один - впереди, по центру крыла. Винты вращались с помощью часовых пружин. Модель поднимала даже дополнительный груз офицерский кортик.
Воодушевленный успехом. Можайский принимается за разработку проекта самолета. По составленной до мелочей схеме на его постройку требовалось около 20 тысяч рублей. Можайский обращается в воздухоплавательную комиссию военного министерства за помощью. Но военный министр отпустил изобретателю всего 3 тысячи рублей, из которых Можайский получил только 2192 рубля 50 копеек. Денег явно было мало. Несмотря на это. Можайский приступил к работе, расходуя свои личные сбережения.
Лето 1882 года для Александра Федоровича Можайского было напряженным и хлопотным: началась подготовка к испытаниям самолета.
В Красном селе, под Петербургом, где издавна базировались гвардейские полки, на Военном поле был построен деревянный покатый настил, по которому, как по взлетной полосе, должен был разгоняться самолет.
Рядом возвышался дощатый сарай, где Можайский со своим механиком, имя которого, к сожалению, не установлено, проводил сборку и регулировку самолета.
И вот настало погожее июльское утро 1882 года. На взлетном помосте установлен невиданный доселе аппарат, с широкими, прямоугольными по форме крыльями, крепившимися к длинной лодочке-фюзеляжу, в котором располагались паровые машины мощностью в двадцать и десять лошадиных сил, приобретенные Можайским по специальному заказу в Англии.
Публики было немного: самые близкие друзья Можайского, несколько членов комиссии из военного ведомства, высшие офицеры. Они с интересом осматривали диковинный аппарат. Конструкция самолета была продумана до деталей, тщательно отработана. Она состояла из легкого каркаса - лонжеронов, нервюр, - сверху обтянутого легкой парусиной, покрытой специальным воздухонепроницаемым лаком.
Даже сейчас специалисты удивляются, что в то далекое время самолет Можайского уже обладал всеми основными конструктивными элементами современных самолетов. Он имел фюзеляж, крылья, хвостовое оперение, винтомоторную группу, шасси.
Александр Федорович, сдерживая волнение, коротко отвечал на вопросы любопытствующих.
Теперь, через сто лет, даже начинающему курсанту аэроклуба легко судить о недостатках первого самолета. Их, к сожалению, было много. Во-первых, несовершенство и слабосильность паровых двигателей, хотя по тем временам они считались едва ли не чудом техники. Во-вторых, Можайский не решил полностью проблему поперечной устойчивости и управляемости, не снабдил свой самолет устройством для выравнивания кренов, потому что тогда никто вообще не знал, нужно ли это и как это делать.
Конечно, управлять таким аппаратом было трудно.
Когда все было готово к испытаниям, из трубы над паровым котлом повалил черный дым. Это механик перед взлетом поднимал пары. Три четырехлопастных винта - два в прорезях на крыльях, а один на носу - начали вращаться, сначала медленно, а потом быстрее.
Самолет тронулся с места и побежал по наклонному настилу, набирая скорость. Вот он оторвался от стартовой площадки и на какое-то мгновение повис в воздухе, но тут же наклонился набок и рухнул на землю, ломая крыло...
И все-таки, несмотря на неудачу, это была победа. Победа человека над самим собой.
Правда, крыльям, созданным человеком, еще не хватало мощности двигателя и устойчивости. Но разве не ясно, что это дело, как говорится, наживное? Можайский понял, что нечего сетовать на неудачу, а надо немедля приниматься за создание нового, более совершенного и лучше управляемого аппарата и более легких и мощных двигателей. Такой выдержке и вере в правоту своего дела можно было только позавидовать.
Однако талантливому конструктору не довелось довести работу до конца. Изобретатель, не встречая поддержки и помощи, преодолевая недоверие царских чиновников, вел долгие изнурительные переговоры в инстанциях, тщетно доказывая правильность своего пути.
Двадцать лет отдал А.Ф. Можайский созданию своего самолета. Он намного опередил работы конструкторов в других странах. И не его вина, что он не довел до конца своих работ. В 1890 году его не стало. Сарай, в котором хранился самолет, сгорел, погибли и созданные по его проекту двигатели. Имя талантливого изобретателя в царской России было забыто. И только при Советской власти наши исследователи и историки вернули человечеству имя русского изобретателя первого в мире самолета Александра Федоровича Можайского, и оно нынче по праву находится в первых рядах пионеров авиации.
Эстафета продолжается
Французский инженер Клеман Адер, занимавшийся разработками телефонной связи и участвовавший в строительстве первой в Париже телефонной станции, неожиданно для друзей переключился на авиацию.
Это было через восемь лет после испытаний самолета Можайского.
Клеман Адер не мудрствовал лукаво. Он решил, что надо следовать указаниям самой природы, и если делать крылья, то лучшего образца для них, чем крылья летучей мыши, не придумать. В 1890 году он построил свой "Авион". Его крылья были сделаны из бамбуковых шестов, обтянутых плотной тканью, и настолько копировали крылья летучей мыши, что даже складывались вдоль корпуса, словно это была гигантская летучая мышь. Буквальное копирование не всегда бывает удачным. Но в данном случае, подражая крылу летучей мыши, Адер подсознательно скопировал другой, куда более существенный элемент устройства этого крыла - его выпуклость сверху и вогнутость снизу. Теория полета в то время еще только зарождалась, о законах движения в воздухе, которые ныне составляют целую отрасль науки - аэродинамику, - тогда даже опытные инженеры никакого понятия не имели. И, подражая природе, Адер сделал крыло не плоское, а с профилем. Профиль же намного увеличивает подъемную силу. Проще говоря, при прочих равных условиях, крыло с выпукло-вогнутым профилем обладает в несколько раз большей подъемной силой, чем такое же крыло, но плоское.
В 1754 году знаменитый русский ученый Михаил Ломоносов "с целью изучения верхних слоев атмосферы и для подъема термометров и электрических стрел" решил создать "аэродромическую машину". Модель машины вскоре была изготовлена и продемонстрирована на академическом собрании.
Маститые академики в напудренных париках с удивлением взирали на небольшой ящик, над которым возвышался вал с двумя четырехлопастными воздушными винтами. Весь этот диковинный аппарат, с помощью специально пристроенных на потолке блоков, был уравновешен соответствующим грузом на веревке.
Михаил Ломоносов быстрыми поворотами ключа завел до отказа пружину часового механизма внутри ящика, лопасти воздушных винтов начали вращаться в разные стороны. Ломоносов отпустил прибор, и он, под тягой винтов, легко устремился к высокому потолку академического зала.
Ученый секретарь обмакнул гусиное перо в чернила и, не теряя времени, начал записывать в протокол результаты испытаний.
До нас дошли эти строки, написанные четким каллиграфическим почерком: Господин Советник Ломоносов показал придуманную им машину, которую он называет аэродромической и назначение которой должно быть в том, чтобы работой крыльев, приводимых в сильное движение пружиной, каковые обычно бывают в часах, - горизонтально в противоположных направлениях, - прижимать воздух и поднимать машину в направлении верхней воздушной области с тем, чтобы можно было исследовать условия верхнего воздуха метеорологическими приборами, к этой аэродромической машине присоединенными".
Маститые ученые одобрительно кивали головами, отчего сзади у них смешно дергались косички париков, и никто из них, вероятно, не подумал тогда, что они присутствуют при знаменательном событии в истории авиации - рождении примитивной модели геликоптера.
"Геликоптер" в переводе с древнегреческого языка буквально означает "винтокрыл". Что же это такое?
Помните, еще гениальный Леонардо да Винчи оставил наброски аппарата, который бы поднимался вверх с помощью ввинчивающегося в воздух воздушного винта. Ломоносов с проектом Леонардо да Винчи не был знаком, так как труды его были опубликованы значительно позже. Он самостоятельно додумался до "аэродромической машины", которая и явилась, по существу, простейшим геликоптером.
Конечно, часовая пружина была слишком слабым и краткодействующим двигателем, чтобы поднимать приборы в верхние слои атмосферы. Но тем не менее было ясно: преодолеть земное тяготение таким способом вполне возможно.
После Ломоносова геликоптеры не давали покоя еще многим изобретателям. Так, например, французские ученые физик-механик Бьенвеню и естествоиспытатель Лонуа в 1784 году тоже построили маленькую модель геликоптера. Они взяли тонкую легкую палочку, насадили на ее концы обыкновенные пробки, а в пробки, перпендикулярно палочке, с каждой стороны воткнули по четыре гусиных пера, установив их под некоторым углом. Получилась как бы схематическая модель геликоптера с двумя винтами - один тянущий, другой - толкающий. Теперь надо было заставить их вращаться. Но как это сделать? Резины в то время еще не было, и изобретатели очень остроумно приспособили в качестве двигателя... маленький лук из упругого китового уса. Насадив дужку из китового уса на стерженек геликоптера и прикрепив к нему тетиву, они получили легкий механический двигатель. При закручивании тетива наматывалась на стерженек. При этом концы лучка упруго сгибались. Стоило выпустить из рук игрушку-геликоптер, как китовый ус, стараясь выпрямиться, быстро вращал стержень с винтами из гусиных перьев на концах. Легкая игрушка высоко взмывала вверх, как бы подтверждая, что идея Леонардо да Винчи и Ломоносова правильна и такой аппарат может летать. Но...
Но где взять легкую и мощную машину, чтобы построить не игрушечный, а настоящий геликоптер? Паровые двигатели хотя непрерывно совершенствовались, но все еще были необычайно громоздки и слабосильны. Только спустя 60 лет после опытов Бьенвеню и Лонуа, в 1843 году, английский механик Горацио Филиппс ухитрился смастерить крохотную паровую машинку и установил ее на модель геликоптера. Весь аппарат весил всего лишь два фунта. Спиртовая горелка создавала в миниатюрном паровом котле давление, поршень машинки приводил в движение лопасти винта, и механическая игрушка довольно высоко поднималась в воздух. По мере того, как давление пара падало, она плавно спускалась на землю.
В то время люди уже успешно летали на воздушных шарах и такие опыты не очень-то привлекали к себе внимание. Изобретателям порой приходилось сносить даже насмешки.
Оно и понятно. Ведь на воздушных шарах люди летали уже на сотни километров (правда, только по ветру, но все равно - далеко), поднимались на десятикилометровую высоту... А тут какие-то опыты, хотя и с летающими, но все-таки игрушками... Требовалось время и огромные усилия, чтобы новое доказало свое право на жизнь.
Вслед за англичанином Горацио Филиппсом французы Понтон д'Амекур и Габриель де ла Ланделль строят геликоптер с маленькой паровой машиной. Поставив свой аппарат на чашку весов, они на другую чашку положили груз и уравновесили стрелку весов. Пуская в ход машину, обнаружили, что чашка весов с геликоптером поднимается вверх. Значит, винты создают подъемную силу. Чтобы узнать ее величину, достаточно на чашку с геликоптером положить столько груза, чтобы весы снова уравновесились. Этот груз и равнялся величине подъемной силы, развиваемой геликоптером.
Так впервые была измерена тяга, которую создают винты, или подъемная сила.
Больше того. Понтон д'Амекур и Ланделль построили еще один геликоптер, который приводился в действие не паровой машиной, а с помощью мускульной силы человека. Увы, подъемная сила, развиваемая человеком, равнялась всего одному пуду, то есть шестнадцати килограммам. Этого было явно мало, чтобы оторваться от земли.
А к тому времени как раз стали появляться сравнительно сильные и легкие паровые машины, электрические двигатели и даже первые бензиновые моторы. Этим не преминули воспользоваться изобретатели.
В конце XIX века француз Леже построил огромный геликоптер с диаметром винта в несколько метров, который приводился в движение электромотором. На полной мощности геликоптер вместе с изобретателем оторвался от земли. Правда, не высоко, но оторвался. Леже оказался первым человеком, который сумел подняться на винтокрыле.
Все эти опыты еще раз показали, что хотя идея геликоптера и правильна, но время для них еще не настало.
Поиски путей продолжаются
Помните, при раскопках египетских пирамид была найдена модель планера, изготовленная три с половиной тысячи лет назад? Кто до нее додумался неизвестно. Леонардо да Винчи тоже пришел в своих трудах к идее скользящего полета. И холоп Никита со своими крыльями, и многие другие авиаторы вносили свою лепту в общее дело. И, очевидно, без этого опыта и поисков совершенно невозможно было бы то предвидение, с которым еще в 1809 году английский математик Джордж Кейли писал о воображаемом им самолете: "...Наклоненная к горизонту поверхность дает прибору подъем. Вращающийся винт создает перемещение. Легкий двигатель - паровая машина или взрывчатый мотор, работающий от взрывов смеси газа и воздуха, - могут служить источником энергии. Хвост для устойчивости, возможность перемещения центра давления и автоматическая регулировка устойчивого положения - вот главное, что нужно в летательном аппарате".
Эти строки, написанные в начале девятнадцатого века, когда еще никто понятия не имел об аэропланах, удивляют: это же описание современного легкого самолета.
Кейли пытался осуществить свой проект. Но уровень техники был еще настолько низок, что его попытка с самого начала была обречена на неудачу.
Через тридцать три года после Кейли его идею задумал осуществить другой англичанин, механик Вильям Самюэль Хенсон. Он разработал проект аэроплана с огромными крыльями, площадью в 300 квадратных метров, и паровым двигателем в 20 лошадиных сил. Но конструкция вышла настолько тяжелой и громоздкой, а двигатель настолько слаб, что из этой затеи ничего не вышло.
А воздушные шары, между тем, завоевали мир. На фоне их успехов нашлось немало скептиков, которые с апломбом заверяли, что полеты на аппаратах тяжелее воздуха - дело совершенно безнадежное, что лучше не тратить напрасно усилия и средства на какие-то летающие игрушки, а совершенствовать то, что уже есть и действительно летает - аэростаты.
Тогда Понтон д'Амекур и Габриель де ла Ланделль, проводившие опыты с геликоптерами, вместе с примкнувшим к ним воздухоплавателем, человеком многих увлечений - писателем, артистом, фотографом, спортсменом Феликсом Надаром (его настоящее имя - Феликс Турнашон) в 1863 году выступили с "Манифестом воздушного самодвижения".
Горячо верившие в будущее крылатых аппаратов, они объявили войну "игрушке ветров" - воздушным шарам.
"... Чтобы вести борьбу с воздухом, - писали они, - нужно создавать машины тяжелее, чем воздух. Подобно тому, как птица тяжелее воздуха, в котором она двигается, так и человек должен найти для себя опору в воздухе... Винт, святой винт... поднимет нас в воздух, проникая в него, как бурав в дерево..."
Манифест был опубликован в газетах многих стран, всколыхнул сотни энтузиастов. Во Франции организовалось общество сторонников аппарата тяжелее воздуха, которое возглавил знаменитый писатель-фантаст Жюль Верн. Он написал свой очередной роман "Воздушный корабль", герой которого - инженер Робур убежденно говорил: "Подобно тому, как человек стал повелителем морей сначала с помощью весельного судна, а затем колесного или винтового парохода, он станет также и победителем воздушной стихии с помощью аппаратов тяжелее воздуха, ибо надо быть тяжелее воздуха, чтобы стать сильнее его!.. Грядущее принадлежит летательным машинам. Воздух для них достаточно надежная опора".
Не обошли эти споры и Россию.
Дмитрий Иванович Менделеев в журнале "Воздухоплаватель", созданном по его инициативе, в 1880 году с присущей ему прозорливостью писал, что будущее за аппаратами тяжелее воздуха.
Сегодня, когда небо над нашей планетой бороздят во всех направлениях десятки тысяч самолетов, совершенно очевидными кажутся их преимущества перед воздушными шарами. Но еще сто лет назад, а то и меньше, аппараты тяжелее воздуха нуждались в защите и поддержке таких авторитетов, как Жюль Верн, Менделеев и многие другие.
И мы можем гордиться, что и наши соотечественники - знаменитые и безызвестные - вложили немало труда, смекалки и находчивости в победу над воздушной стихией.
Моряк Ле-Бри поднимается в воздух
О самом Ле-Бри сохранилось мало сведений. Достоверно известно, что он был моряком французского флота, потом неожиданно увлекся летанием.
Впрочем, так ли уж неожиданно?
На заре воздухоплавания многие моряки увлекались авиацией. И это не случайно. Огромные океанские просторы, ветер, наполняющий тугие паруса, вечные спутники парусников чайки и альбатросы, часами парящие над палубой, все это наводило на мечту о крыльях. К тому же на флоте тогда, как сейчас в космонавтике, концентрировались передовые достижения науки и техники, моряки были образованными людьми.
В то время на флоте применялись воздушные змеи для научных исследований, сигнализации и других целей. Например, в шторм с их помощью забрасывался линь, которым на судно или на берег, в зависимости от надобности, подтягивались швартовочные канаты.
Практическое знакомство со змеями побудило Ле-Бри сделать такой планер-змей, на котором можно было бы подниматься в воздух самому.
Он рассудил просто. Если быстрый парусник при своем движении создает достаточную скорость для подъема в небо довольно больших воздушных змеев, то что мешает на земле заменить парусник быстро несущейся телегой?
Он построил огромную искусственную птицу с размахом крыльев около 15 метров. Крылья крепились подвижно к длинной лодочке, в которой располагался сам Ле-Бри. Они были сделаны из легких прутьев и обтянуты привычной моряку тонкой парусиной. С помощью рычагов Ле-Бри мог менять угол крыльев и тем самым в полете увеличивать или уменьшать их подъемную силу. Некоторые историки утверждают, что Ле-Бри мог даже с помощью рычагов махать крыльями, как птица. Однако детальной схемы аппарата не сохранилось и сейчас трудно судить о нем во всех подробностях.
В свой первый полет моряк отправился на буксире за телегой. Возница хлестнул лошадь, и, привязанный на длинном канате к телеге, планер-змей легко взмыл в небо. Ле-Бри, восседая в лодочке, с помощью рычагов старался создать подъемную силу побольше и подняться повыше.
Но тут случилось непредвиденное. Буксирная веревка от натяжения лопнула, и возница, чтобы спасти положение, сам ухватился за нее. Подъемная сила была настолько велика, что возницу оторвало от телеги, и он с испугом отпустил веревку.
Однако бывалый моряк Ле-Бри не растерялся. Подергав рычагами, он перевел крылья на малый угол и вполне благополучно спустился.
Первый успех окрыляет Ле-Бри. Он еще несколько раз стартовал на привязи и, убедившись, что его птица держится неплохо, решил отказаться от буксирной веревки и взлететь по-орлиному. Орлы, как известно, расправляют крылья, отталкиваются от скалы и парят против ветра. Ле-Бри втащил свою птицу на холм - а весила она 42 килограмма, - отдышался, сел в лодочку и попросил друзей подтолкнуть его с холма. Но дело кончилось плохо. Птица упала и разбилась, а Ле-Бри поломал ногу. Это случилось в 1857 году.
После этого храбрый моряк-авиатор целых десять лет не давал о себе знать.
Но после манифеста Ле-Бри опять принялся за дело. Он построил новый аппарат, на котором, как утверждают очевидцы, однажды ему удалось взлететь на десять метров и пролететь тридцать метров. Но неудача снова ждала моряка. В одном из полетов он опять упал, от планера остались одни обломки.
После этого Ле-Бри больше не испытывал судьбу.
Но имя Ле-Бри, моряка с крылатой душой, вошло в историю авиации. Очевидно, он был одним из первых, кому удалось на планере-змее совершить пусть небольшие, но удачные скользящие, или, как теперь говорят, планирующие полеты.
Самолет А.Ф. Можайского
В то время как во Франции моряк Ле-Бри проводил опыты со своими змеями-планерами, в России над проблемами полета человека долго и упорно работал морской офицер Александр Федорович Можайский.
Можайский родился в 1825 году в семье военного моряка и по традиции учился в Петербургском морском кадетском корпусе. В возрасте 28 лет лейтенант Можайский в составе экипажа фрегата "Диана", который шел в паре с фрегатом "Паллада", отправляется в кругосветное плавание.
11 декабря 1854 года, во время землетрясения и наката огромных волн цунами в японской бухте Симодо, "Диана" получила большие повреждения. Экипажу с трудом удалось вывести корабль из бухты. Однако в пути его настиг шторм, с которым "Диана" справиться уже не смогла. Корабль затонул, а экипаж высадился на японский остров. Чтобы добраться на родину, моряки принялись строить шхуну. В ее проектировании и постройке самое деятельное участие принимал талантливый моряк и отличный художник Александр Можайский.
Возвратившись на родину, Можайский участвовал в охране дальневосточных берегов России. Англия и Франция в то время вели с Россией Крымскую войну и угрожали ее дальневосточным владениям. За мужество Можайский был награжден орденом и медалью: он успешно командовал флотилией мелких судов во главе с транспортом "Двина", охранявших Амурский лиман.
Позже Можайский руководит постройкой одного из первых в России винтовых клиперов "Всадник". Он же становится его капитаном и плавает в Балтийском море.
Образованный и пытливый моряк, еще во время дальних плаваний Можайский начинает интересоваться летательными аппаратами тяжелее воздуха. Он часами наблюдает за полетами различных морских птиц, сравнивает их, анализирует парящий и машущий полеты.
"При наблюдении за полетом птиц, - пишет он, - ми замечаем, что птица, получив быстроту движения вперед от взмахов крыльями, иногда, перестав бить крыльями и держа их и хвост неподвижно, продолжает быстро лететь вперед, парить в том же направлении. С уменьшением быстроты движения птица или начинает понижаться к земле, или снова махать крыльями. Эта способность парить не у всех птиц одинакова; легко заметить, что птицы, имеющие большую площадь крыльев при легком корпусе, парят лучше, чем птицы сравнительно тяжелее с небольшими крыльями. Наконец, легко заметить и то, что для первой категории породы птиц для возможности парения вовсе не требуется той быстроты полета, каковая необходима для последних".
Так Можайский подошел к одной из главнейших зависимостей в авиации зависимости скорости полета от удельной нагрузки на единицу площади крыла: чем больше скорость движения, тем большую тяжесть может нести та же площадь.
Уйдя в отставку, Можайский все свое время посвящает созданию самолета. Он изучает все, что тогда было написано о воздухоплавании и летательных аппаратах тяжелее воздуха. А написано было очень мало. Авиация только-только зарождалась. До всего надо было доходить своим умом и собственным опытом.
Для начала Можайский проводит опыты с воздушными змеями. Целых три года, с 1873 по 1876, он испытывает различные конструкции змеев, подбирает наиболее выгодный угол атаки, то есть угол плоскости змея к направлению ветра, и решает, что он должен быть, как у птицы, не более 15 градусов. Постепенно увеличивая размеры, он подбирает необходимую площадь змея и добивается такой грузоподъемности, что осмеливается подняться на нем в воздух сам.
На Украине, недалеко от Винницы, есть районный центр Вороновица. В небольшом здании, примыкающем к парку, ныне находится средняя школа. На фасаде этого здания установлены памятные доски. Они рассказывают о том, что здание принадлежало брату Можайского и что здесь изобретатель первого в мире самолета бывал в семидесятые годы прошлого столетия и работал над своими проектами. До сих пор в Вороновице передают из поколения в поколение рассказы о том, как Александр Федорович Можайский строил змеи и поднимался на них в воздух.
Происходило это так. К телеге, запряженной тройкой лошадей, привязывался буксирный канат. Тройка срывалась с места, и воздушный змей под напором воздуха поднимался вверх, а под ним, ухватившись за специальное устройство, взлетал на высоту и изобретатель. Военный инженер, полковник П. Богославский писал в "Кронштадтском вестнике", что Можайский в 1876 году "два раза поднимался в воздух и летал с комфортом".
Насчет "комфорта" он, пожалуй, несколько преувеличил, потому что дело это было новое и опасное. В одном из таких полетов змей перевернулся, и Можайский сломал ногу. Так на горьком опыте изобретатель убедился, что его планеру-змею необходимо приделать еще и хвостовое оперение для устойчивости.
Приобретя серьезный опыт при работе со змеями, можно было перейти к конструированию самолета. Но Можайский не торопится. Он решает все хорошенько проверить еще раз и строит в 1876 году модель самолета.
Полковник П. Богославский, близко знакомый с работами изобретателя, писал в том же "Кронштадтском вестнике" 12 января 1877 года:
"На днях нам довелось быть при опытах над летательным аппаратом, придуманным нашим моряком г. Можайским. Изобретатель весьма верно решил давно стоявший на очереди вопрос воздухоплавания. Аппарат, при помощи своих двигательных снарядов, не только летает, бегает по земле, но может и плавать.
Быстрота полета аппарата изумительная: он не боится ни тяжести, ни ветра и способен летать в любом направлении..."
Испытания проходили в Петербургском манеже. Модель имела короткое, широкое крыло, хвостовое оперение, четырехколесное шасси для взлета и посадки и три четырехлопастных винта, из которых два располагались в прорезях на крыльях, а один - впереди, по центру крыла. Винты вращались с помощью часовых пружин. Модель поднимала даже дополнительный груз офицерский кортик.
Воодушевленный успехом. Можайский принимается за разработку проекта самолета. По составленной до мелочей схеме на его постройку требовалось около 20 тысяч рублей. Можайский обращается в воздухоплавательную комиссию военного министерства за помощью. Но военный министр отпустил изобретателю всего 3 тысячи рублей, из которых Можайский получил только 2192 рубля 50 копеек. Денег явно было мало. Несмотря на это. Можайский приступил к работе, расходуя свои личные сбережения.
Лето 1882 года для Александра Федоровича Можайского было напряженным и хлопотным: началась подготовка к испытаниям самолета.
В Красном селе, под Петербургом, где издавна базировались гвардейские полки, на Военном поле был построен деревянный покатый настил, по которому, как по взлетной полосе, должен был разгоняться самолет.
Рядом возвышался дощатый сарай, где Можайский со своим механиком, имя которого, к сожалению, не установлено, проводил сборку и регулировку самолета.
И вот настало погожее июльское утро 1882 года. На взлетном помосте установлен невиданный доселе аппарат, с широкими, прямоугольными по форме крыльями, крепившимися к длинной лодочке-фюзеляжу, в котором располагались паровые машины мощностью в двадцать и десять лошадиных сил, приобретенные Можайским по специальному заказу в Англии.
Публики было немного: самые близкие друзья Можайского, несколько членов комиссии из военного ведомства, высшие офицеры. Они с интересом осматривали диковинный аппарат. Конструкция самолета была продумана до деталей, тщательно отработана. Она состояла из легкого каркаса - лонжеронов, нервюр, - сверху обтянутого легкой парусиной, покрытой специальным воздухонепроницаемым лаком.
Даже сейчас специалисты удивляются, что в то далекое время самолет Можайского уже обладал всеми основными конструктивными элементами современных самолетов. Он имел фюзеляж, крылья, хвостовое оперение, винтомоторную группу, шасси.
Александр Федорович, сдерживая волнение, коротко отвечал на вопросы любопытствующих.
Теперь, через сто лет, даже начинающему курсанту аэроклуба легко судить о недостатках первого самолета. Их, к сожалению, было много. Во-первых, несовершенство и слабосильность паровых двигателей, хотя по тем временам они считались едва ли не чудом техники. Во-вторых, Можайский не решил полностью проблему поперечной устойчивости и управляемости, не снабдил свой самолет устройством для выравнивания кренов, потому что тогда никто вообще не знал, нужно ли это и как это делать.
Конечно, управлять таким аппаратом было трудно.
Когда все было готово к испытаниям, из трубы над паровым котлом повалил черный дым. Это механик перед взлетом поднимал пары. Три четырехлопастных винта - два в прорезях на крыльях, а один на носу - начали вращаться, сначала медленно, а потом быстрее.
Самолет тронулся с места и побежал по наклонному настилу, набирая скорость. Вот он оторвался от стартовой площадки и на какое-то мгновение повис в воздухе, но тут же наклонился набок и рухнул на землю, ломая крыло...
И все-таки, несмотря на неудачу, это была победа. Победа человека над самим собой.
Правда, крыльям, созданным человеком, еще не хватало мощности двигателя и устойчивости. Но разве не ясно, что это дело, как говорится, наживное? Можайский понял, что нечего сетовать на неудачу, а надо немедля приниматься за создание нового, более совершенного и лучше управляемого аппарата и более легких и мощных двигателей. Такой выдержке и вере в правоту своего дела можно было только позавидовать.
Однако талантливому конструктору не довелось довести работу до конца. Изобретатель, не встречая поддержки и помощи, преодолевая недоверие царских чиновников, вел долгие изнурительные переговоры в инстанциях, тщетно доказывая правильность своего пути.
Двадцать лет отдал А.Ф. Можайский созданию своего самолета. Он намного опередил работы конструкторов в других странах. И не его вина, что он не довел до конца своих работ. В 1890 году его не стало. Сарай, в котором хранился самолет, сгорел, погибли и созданные по его проекту двигатели. Имя талантливого изобретателя в царской России было забыто. И только при Советской власти наши исследователи и историки вернули человечеству имя русского изобретателя первого в мире самолета Александра Федоровича Можайского, и оно нынче по праву находится в первых рядах пионеров авиации.
Эстафета продолжается
Французский инженер Клеман Адер, занимавшийся разработками телефонной связи и участвовавший в строительстве первой в Париже телефонной станции, неожиданно для друзей переключился на авиацию.
Это было через восемь лет после испытаний самолета Можайского.
Клеман Адер не мудрствовал лукаво. Он решил, что надо следовать указаниям самой природы, и если делать крылья, то лучшего образца для них, чем крылья летучей мыши, не придумать. В 1890 году он построил свой "Авион". Его крылья были сделаны из бамбуковых шестов, обтянутых плотной тканью, и настолько копировали крылья летучей мыши, что даже складывались вдоль корпуса, словно это была гигантская летучая мышь. Буквальное копирование не всегда бывает удачным. Но в данном случае, подражая крылу летучей мыши, Адер подсознательно скопировал другой, куда более существенный элемент устройства этого крыла - его выпуклость сверху и вогнутость снизу. Теория полета в то время еще только зарождалась, о законах движения в воздухе, которые ныне составляют целую отрасль науки - аэродинамику, - тогда даже опытные инженеры никакого понятия не имели. И, подражая природе, Адер сделал крыло не плоское, а с профилем. Профиль же намного увеличивает подъемную силу. Проще говоря, при прочих равных условиях, крыло с выпукло-вогнутым профилем обладает в несколько раз большей подъемной силой, чем такое же крыло, но плоское.