Удачная «охота» напористых людей

Удачная «охота» напористых людей

Учрежденная в Вашингтоне в августе 1846 г. по завещанию богатого англичанина Джеймса Смитсона (кстати, ни разу не бывавшего в США) просветительская организация Смитсоновский институт среди прочих задач имела своей целью обобщение опыта и результатов исследований, проведенных в области создания ЛА тяжелее воздуха. Именно в эту организацию в мае 1899 г. и обратились владельцы велосипедной мастерской из Дейтона (шт. Огайо) братья Уилбер и Орвилл Райт с просьбой предоставить в их распоряжение всю имевшуюся информацию и книги по исследованиям в области авиации.

Собственно авиацией они начали интересоваться где-то около 1896 г. после ознакомления с вышеупомянутыми книгами Октава Шанюта и Отто Лилиенталя. Результаты исследований последнего по принципам обеспечения устойчивости и управляемости полетом птиц, вероятно, и натолкнули братьев на идею осуществлять управление планером по крену за счет перекоса концов крыльев (так называемая система гоширования крыла) — подобно тому, как это делают птицы в планирующем по лете. Собственно говоря, эта идея отчасти нашла свое отражение уже в конструкции балансирных планеров самого Лилиенталя, управление по крену которыми осуществлялось за счет изменения положения пилота, но сопровождалось появлением различного изгиба концов гибкого крыла, что позволяло обеспечить устойчивость разворота (в ряде полетов Лилиенталю удавалось развернуться почти на 180 град.). Практические же исследования в области авиации братья Райт начали в августе 1899 г. с испытаний первого своего ЛА — воздушного змея с размахом крыльев 1,52 м.

Густав Уайтхед с дочкой на фоне своего самолета в 1901 г. Он так и не смог доказать, что летал.

Планер Шанюта, выполненный по ставшей впоследствии классической бипланной схеме, — одна из составляющих феноменально быстрого успеха братьев Райт. К взлету с примитивной катапульты готовится, очевидно, Аугустгус Херринг.

В начале 1900 г. братья обратились за помощью к Октаву Шанюту, являвшемуся уникальным и совершенно бескорыстным «источником информации» о проведенных в мире исследованиях и экспериментах в области авиации, который в ответ рекомендовал им более подробно ознакомиться с результатами работ Перси Пилчера и ряда других пионеров планирующего полета. Осенью того же 1900 г. Райты начали испытания планера-биплана № 1 с размахом крыла 5,18 м, в конструкции которого была использована система жесткости, разработанная Октавом Шанютом. Что касается балансировочной схемы, то в отличие от большинства предыдущих исследователей братья выбрали схему «утка» 8* первоначально без вертикального оперения. Сейчас достаточно трудно однозначно сказать, что было выбрано первым «яйцо» или «курица» (точнее «утка»), то есть место испытаний или аэродинамическая схема. Факты же говорят о том, что успех предприятия братьев Райт во многом был обеспечен практически идеальным соответствием конструктивно-аэродинамических особенностей их планеров и первых самолетов условиям в Китти Хок — пустынной местности, расположенной на побережье Атлантического океана (шт. Северная Каролина), где они проводили лётные испытания.

Главным из них являлось наличие здесь в осенне-зимний период сильных ветров, дующих в постоянных направлениях со скоростью до 40 км/ч 9* , что позволяло летательным аппаратам братьев Райт взлетать при энергозатратах, соизмеримых с затратами, потребными для осуществления прямолинейного горизонтального полета. Именно по этому параметру Китти Хок была рекомендована Райтам Американским бюро погоды, — одной из тех организаций, знания и опыт которых они смогли эффективно использовать для достижения поставленных целей. Помимо этого, в Китти Хок преобладал мягкий, большей частью песчаный грунт, обеспечивающий относительную безопасность в случае падения или жесткой посадки ЛА (Райты хорошо знали, что Лилиенталь и Пилчер погибли, упав с высоты всего 10–15 м). Такой грунт не позволял использовать колесное шасси, вместо которого было выбрано шасси полозкового типа, причем достаточно низкое, чтобы уменьшить вероятность капотирования при посадке. Однако, применительно к созданию будущего самолета, использование такого шасси сопровождается возникновением целого ряда проблем при осуществлении взлета, избежать которых частично и помогала схема «утка». Так, если для самолета нормальной балансировочной схемы с коротким полозковым шасси существовала вполне реальная опасность касания земли хвостовым оперением при увеличении угла атаки на взлете, то схема с ПГО позволяла если вообще не обойтись без хвостовой балки, то хотя бы существенно уменьшить ее длину, и к тому же снизить потребные для взлета углы атаки. Кроме того, наряду с полозковым шасси ферма ПГО обеспечивала уменьшение риска капотирования при посадке на песок практически до нуля. Если же ко всему добавить большую эффективность ПГО в полете, о которой справедливо догадывались Райты, и то, что они, скорее всего, не знали об отрицательных свойствах этой схемы, становятся вполне очевидными причины её выбора для их ЛА. Правда, независимо от типа аэродинамической схемы, использование полозкового шасси существенно затрудняет, если не делает невозможным разбег самолета. Впоследствии эта проблема была решена при помощи подхода, реализованного еще ле Бри на своем «Альбатросе», то есть за счет установки самолета на взлетную тележку.

Дополнительными, но немаловажными особенностями Китти Хок являлись ее достаточная близость к центрам цивилизации и, в то же время, — малонаселенность, что как нельзя более устраивало чрезвычайно скрытных по характеру братьев Райт, которые очень болезненно относились к любому постороннему вниманию к своей работе.

В 1901 г. Райты провели в Дейтоне исследования аэродинамических характеристик ряда профилей, используя в качестве «летающей» лаборатории велосипед, и в том же году построили собственную аэродинамическую трубу для измерения аэродинамических характеристик секций крыла. В результате этих исследований был создан планер № 2 с размахом крыльев 6,71 м, испытания которого проведились осенью 1901 г. там же, в Китти Хок, уже в свободных полетах с пологого холма Биг Килл Девил. Любопытно, что его название (Big Kill Devil) дословно переводится как «Большая добыча Дьявола», а в переносном смысле — как «Удачная охота напористого человека», что как нельзя более соответствует сути происходящих там событий. Правда, на этот раз испытания не принесли ожидаемых результатов, так как система гоширования действовала совершенно неудовлетворительно, и любая попытка развернуться приводила к затягиванию планера во вращение к земле. В этой связи любопытно заявление Райтов, сделанное после этой серии испытаний, относительно их опасений, что, несмотря на проведенные ими интенсивные продувки в аэродинамической трубе, их доверие динамическим расчетам Лилиенталя, возможно, является большой ошибкой. Это косвенно подтверждает наличие связи между разработанной Райтами системой управления и работами немецкого пионера планирующего полета.

В этот период в прессе появляются сообщения, что еще 14августа 1901 г. вФэйрфилде (недалеко от Бриджпорта, шт. Корннектикут) уроженец Германии Густав Уайтхед выполнил ряд управляемых полетов на своем самолете № 21. В США он эмигрировал в 1895 г., а до этого проживал недалеко от Берлина, где, по его словам, был свидетелем летных экспериментов Отто Лилиенталя. Претензии на приоритетв области создания управляемого самолета Уайтхед подкреплял семейной фотографией, сделанной на фоне аппарата, действительно напоминающего самолет. Более того, были и свидетели, утверждавшие, что видели полет этого ЛА. Отсутствие же иных доказательств этому Уайтхед объяснял выполнением полета в сумерках, что не позволило использовать фотоаппарат. Однако анализ показывает, что приведенные Уайтхедом параметры «лучшего из полетов» его самолета (дальность почти 2,5 км, высота до 60 м) были явно не реальными, так же как и параметры якобы построенного им двигателя (мощность 12 л.с. при массе всего 24 кг). Да и кто отважиться выполнять первые полеты в сумерках, когда так велика опасность потерять ориентировку и разбиться при посадке?! Не поверили Уайтхеду и тогда, особенно после его новых заявлений о том, что 17 января 1902 г. он смог выполнить полет по 11 — километровому кругу.

8* Название этой схемы происходит от похожести самолетов с передним горизонтальным оперением на утку в полете, у которой крылья находятся существенно ближе к хвосту, чем к голове.

9* Планер № 1 испытывался в режиме воздушного змея, при этом скорость ветра была достаточной и для подъема в ряде испытаний в воздух одного из братьев, ложившегося на нижнее крыло.

Октав Шанют, Уилбер и Орвил Райты представляли собой блестящий триумвират высочайшей теоретической подготовки и практики.

Полёт планера № 2 под управлением Уилбера Райта в 1901 г. Хорошо видны полозья и силовой набор бипланной коробки крыльев.

Братья, воспитанные в семье дейтонского проповедника, никогда не летали в воскресенье и всегда были одеты в белые рубашки с высокими воротниками и галстуками. Испытания планера № 3 1902 г. после установки руля направления (внизу). Для взлёта вполне хватало силы рук двух человек.

В сентябре 1902 г. братья Райт с серии аварий начали испытания планера № 3, имевшего размах крыльев 9,78 м. Проанализировав их причины, они, наконец, были вынуждены установить сдвоенный неподвижный киль, в результате чего устойчивость при разворотах существенно улучшилась. Окончательно проблемы были решены при его замене на руль направления, который был связан с системой гоширования и отклонялся в нужную сторону одновременно с перекосом крыльев. Это, собственно говоря, и было тем самым «ноу-хау» самолетов братьев Райт, которое впоследствии принесло им мировую известность и лавры первооткрывателей эры авиации. Однако достоверно известно, что и в 1901 г. и в 1902 г. в Китти Хок неоднократно приезжал Октав Шанют с помощниками, чтобы обсудить с братьями результаты проведенных испытаний и наметить направления дальнейшей работы. В один из последних визитов в октябре 1902 г. Шанют, удовлетворенный результатами испытаний системы управления, посоветовал Райтам заняться поиском подходящего двигателя мощностью не менее 9 л.с. и массой не более 80 кг.

Для изготовления такого двигателя братья намеревались обратиться за помощью к производителям автомобилей, однако очевидно получили отказ, так как вскоре Уилбер заявил, что если автоиндустрия не способна сделать достаточно легкий двигатель, братья построят

его сами. Несомненно, что Райты, занимавшиеся производством велосипедов с 1892 г., имели достаточно высокие профессиональные навыки как инженеры и механики. Однако и здесь вызывает изумление, каким образом всего за полгода они смогли без посторонней помощи построить не только собственно двигатель мощностью 12 л.с. при массе примерно в 100 кг, но и разработать систему привода воздушных винтов 10*, рассчитать и изготовить сами винты, и к тому же заставить все это работать совместно.

Осенью 1903 г. братья Райты начали готовиться к испытаниям построенного на базе конструктивных решений по планеру № 3 их первого самолета «Флаер» с размахом крыльев 12,29 м. Для его взлета на Биг Килл Девил была построена деревянная направляющая, по которой и перемещалась тележка с установленным на ней самолетом. При этом, чтобы избежать касания земли вертикальным оперением, рама его крепления при разбеге и отрыве отклонялась несколько вверх, а затем посредством тросовой проводки возвращалась в горизонтальное положение.

10* Система привода воздушных винтов, примененная братьями Райт, была чрезвычайно проста и оригинальна: от вала двигателя вращение передавалось на винты посредством цепной передачи. При этом одна из цепей была перекручена «восьмеркой», что позволяло обеспечивать разнонаправленное вращение воздушных винтов для компенсации крутящего момента. Однако это придумали не Райты, а один из французских пионеров планирующего полета Альфонс Пено, который еще в 1871 г. построил модель самолета с подобным приводом воздушных винтов, а в 1876 г. получил на него патент. Информацию же об этом патенте, скорее всего, предоставил Райтам все тот же Октав Шанют.

Испытания планера № 3 в режиме воздушного змея с неподвижным сдвоенным килем.

Пусковая катапульта братьев Райт для взлета их самолетов при отсутствии ветра, — одна из последних рекомендаций Октава Шанюта.

17 декабря 1903 г. — открытие эры авиации.

Первый взлет «Флаера» состоялся 14 декабря под управлением Уилбера, но он не смог справиться с управлением, и самолет практически сразу упал, получив незначительные повреждения. Ремонт был закончен на следующий день, но еще два дня братья ждали подходящего ветра. Наконец, 17 декабря 1903 г. состоялось открытие эры авиации, когда «Флаер» под управлением Орвилла выполнил первый полет, пролетев чуть более 36 м на высоте примерно 1,2 м (сравнив эти параметры с заявленными Уайтхедом уже можно сделать вывод о том, что свои полеты он, вероятнее всего, придумал). В этот же день были выполнены ещё три полета, самый дальний из которых составил около 260 м и был выполнен Уилбером Райтом.

Таким образом, всего чуть более чем за четыре года практических работ, братья Райт смогли решить весь комплекс сложнейших научно-технических задач по созданию управляемого самолета. При этом основными составляющими их поразительно быстрого успеха были: удачный выбор конструктивноаэродинамической компоновки и места для проведения испытаний, разработка оригинальной системы управления «Флаером» по трем каналам, создание достаточно легкого и мощного двигателя внутреннего сгорания и предельно простой системы привода пропеллеров. За короткое даже по нынешним меркам время братья Райт смогли не только ознакомиться с азами авиации, но разработать и внедрить фактически научный подход(!!!) при создании летательных аппаратов, который включал в себя ознакомление с результатами ранее проведенных работ в этой области, определение целей исследования, проведение теоретических изысканий, натурных и моделирующих экспериментов, в том числе в аэродинамической трубе, а также собственно испытаний ЛА. При этом, что еще более удивительно, они на каждом следующем этапе создания своего самолета, как правило, делали совершенно верные выводы из собственных ошибок и постепенно, от простого к более сложному, шли к конечной цели, достаточно успешно решая все возникающие проблемы. А теперь зададимся вопросом, могли ли все это сделать полностью самостоятельно два пусть и талантливых, предприимчивых и сообразительных велосипедных мастера из «уездного» города Дейтон, родившихся в семье местного проповедника и получивших лишь среднее образование. Для сравнения вспомним, что в высшей степени образованный сэр Джордж Кейли более 50-лет шел к созданию своего планера, Отто Лилиенталь, окончивший Инженерную академию в Берлине, подошел к практической реализации своих идей после многолетнего изучения полета птиц и более пяти лет совершенствования конструкций своих ЛА, а Октав Шанют, имевший высшее инженерное образование и являвшийся председателем Американского общества гражданских инженеров, занимался теоретическими и практическими вопросами авиации с 1881 г. и смог построить свой первый планер только в 1896 г.

Интерес в этой связи представляет и история создания самолета основным соперником братьев Райт Сэмюелом Пирпойнтом Лэнгли, подход которого отличался высокой научной систематичностью. Помимо того, что Лэнгли был достаточно известным ученым-астрофизиком, он, по иронии судьбы, являлся и секретарем того самого Смитсоновского института, который оказал существенную помощь братьям в подборе и ознакомлении с литературой по исследованиям в области авиации. Уже в 1896 г., когда братья Райт еще только знакомились с азами авиации, читая научно-популярные книги Лилиенталя и Шанюта, Сэмюел Лэнгли стал первым человеком, добившимся устойчивого продолжительного полета ЛА, оснащенного мотором. Этим ЛА стала выполненная в масштабе 1:4 модель № 5 предложенного им самолета «Аэродром» с тандемным крылом, которая 6 мая этого года после катапультного запуска с крыши плавучего дома Лэнгли на Потомаке (шт. Вашингтон) пролетела около 1000 м. Наблюдавший за этим полетом изобретатель телефона Александр Грэхэм Бэлл засвидетельствовал, что модель устойчиво держалась в воздухе в течение 90 сек, пока работал ее мини-паровой двигатель. Вскоре, 28 ноября 1896 г., «Аэродром» Ns 6 преодолел по воздуху 1280 м за 105 сек, что свидетельствовало о приобретении Лэнгли достаточного опыта для постройки в будущем полноразмерного самолета.

В 1898 г. он получает заказ правительства США и денежную субсидию на постройку самолета в натуральную величину с бензиновым двигателем. Предварительно снова была построена модель, оснащенная соответствующим двигателем, и в 1901 г, Лэнгли приступил к ее испытанием. Правда, первый ее продолжительный и устойчивый полет на дальность более 300 м состоялся лишь в августе 1903 г., когда практически был готов и сам «Аэродром», имевший размах крыльев 14,63 м. Этот самолет оснащался уникальным 52-сильным пятицилиндровым радиальным двигателем Мэнли-Бэльцера, по оценкам имевшим массу всего около 150 кг (в литературе встречается цифра 56 кг, но это явная ошибка). Кстати, один из конструкторов этого двигателя, Чарльз Мэнли, по совместительству являлся и пилотом самолета. Здесь следует обратить внимание на более чем в четыре раза большую мощность двигателя «Аэродрома» по сравнению с двигателем «Флаера» братьев Райт при близких взлетных массах самолетов (у «Аэродрома» по разным оценкам 340–385 кг, у «Флаера» 340–370 кг) и существенно большей площади крыла у самолета Лэнгли (96,75 м 2 против 46,7 м 2 у «Флаера»). Это наглядно демонстрирует преимущества, полученные Райтами от удачного выбора места испытаний, где достижение значительной части скорости отрыва «Флаера» обеспечивалось за счет встречного ветра: в первых полетах средняя путевая скорость самолета не превышала 10–15 км/ч, при потребной скорости отрыва не менее 30–35 км/ч.

В качестве органа управления «Аэродромом» в поперечном и продольном каналах использовалось установленное за задним крылом на шарнире крестообразное оперение, которое при отклонении в горизонтальной плоскости выполняло роль руля высоты, а в вертикальной — руля направления. Как такового управления по крену «Аэродром» не имел, а устойчивость в этом канале обеспечивалась установкой тандемных крыльев под значительным положительным «V». Для обеспечения взлета самолета на крыше все того же плавучего дома на Потомаке Лэнгли смонтировал новую, более мощную катапульту.

Первый испытательный полет «Аэродрома» должен был состояться 7 октября 1903 г., и в случае успеха именно Лэнгли и были бы присуждены лавры первооткрывателя эры авиации. Надо сказать, что это чрезвычайно волновало братьев Райт, которые в это же время устраняли недостатки силовой установки своего «Флаера» в Китти Хок. Однако, видно удача была не на стороне Лэнгли, и в ходе первого запуска его самолет, предположительно зацепившись одной из расчалок за катапульту, свалился в реку. У Лэнгли, правда, еще оставался шанс, и 8 декабря, всего за девять дней до первых полетов «Флаера», «Аэродром» снова был готов к взлету. Но и на этот раз по не вполне ясной причине самолет не сошел нормально с катапульты. По свидетельству наблюдателей при втором запуске, скоре всего, разрушилось заднее крыло, поврежденное при первом падении, в результате чего самолет вновь упал. После этого Лэнгли не смог уже найти в себе сил для продолжения работ над «Аэродромом», и, будучи затравлен прессой и нападками в Конгрессе за потраченные деньги, серьезно заболел и 27 февраля 1906 г. умер.

История создания «Аэродрома» Лэнгли, хорошо знавшим не только астрофизику, но и математику, строительную механику, а главное умевшим использовать свои знания должным образом, в какой-то степени позволяет понять, какова была истинная роль Шанюта в создании самолета братьями Райт и, прежде всего, в реализации того самого научного подхода, благодаря которому они и добились таких феноменальных результатов за столь короткое время. Конечно, огромную роль в этом сыграли и их вызывающие несомненное уважение трудолюбие и настойчивость в достижении поставленной цели: в частности, в ходе отработки своих планеров они выполнили около 1000 полетов. Но не меньше испытательных полетов было совершено и на планерах Октава Шанюта в 1896–1897 г.г., а Лилиенталь выполнил свыше 2000 полетов на своих ЛА общей продолжительностью около 5 часов. Именно бесценный опыт этих исследователей и лег в основу успеха предприятия братьев Райт.

Однако после 17 декабря 1903 г. отношения честолюбивых Райтов с Шанютом изменились. Вполне вероятно, что одним из поводов к размолвке стало общение Шанюта с Лэнгли, имевшее место в 1902 г. и, возможно, в 1903 г. В действительности же Райты, скорее всего, просто не захотели делить с ним лавры первооткрывателей эры авиации, хотя сам Шанют, помимо непосредственной помощи в создании «Флаера», параллельно вел и активную просветительскую кампанию в США и в Европе, готовя мир к этому великому событию. В частности, в апреле 1903 г. он прочитал лекцию для членов Французского Аэроклуба, в которой описал успехи братьев Райт, достигнутые в ходе испытаний планера № 3 за счет согласования работы системы гоширования с отклонением руля направления. Это, в свою очередь, вызвало серьезную озабоченность у его бывших соотечественников в том, что секретом обеспечения устойчивого и управляемого полета самолета могут первыми овладеть американцы, а у братьев Райт — в том, что суть их работ раскрыта раньше времени. Поэтому, когда они достигли своей главной цели, обиды на Шанюта и собственные заслуги показались Райтам несравненно большими, чем его ненавязчивая, но незаменимая помощь, и в дальнейшем они все меньше и реже стали упоминать о его участии в создании их «Флаера». Так, в январе 1904 г. один из французских пионеров авиации Фердинанд Фербер обратился через Октава Шанюта к Райтам с просьбой продать одну из их машин (возможно, имелись в виду и планеры), на что братья ответили ему пространным письмом с описанием их собственных успехов в создании первого в мире управляемого самолета, «забыв» при этом упомянуть t роли фактически руководителя их работ.

Вскоре Шанют принял решение прекратить свою деятельность в области авиации, представив напоследок на выставке в Сент- Луисе, состоявшейся в конце апреля 1904 г., реплику своего планера 1896 г., коробка крыльев которого как две капли воды напоминала бипланную коробку «Флаера» братьев Райт. Тем не менее, это не помешало Райтам позднее воспользоваться еще одной рекомендацией Шанюта, и с сентября 1904 г. для запуска своих самолетов, начиная с «Флаера» И, они стали использовать пусковую катапульту, которая позволяла осуществлять взлет с направляющей при отсутствии ветра (посредством троса и системы роликовых направляющих обеспечивалась передача движения от падающего груза к самолету).

Первый удачный запуск модели «Аэродром» № 5 с крыши плавучего дома Ленгли на Потомаке в мае 1896 г. Крушение надежд — «Аэродром» Ленгли падает в реку (внизу).

Таким образом, можно заключить, что в основе успеха братьев Райт по созданию первого в мире управляемого самолета лежало сочетание настойчивости, целеустремленности и предприимчивости — традиционных качеств американской нации, с огромным опытом, накопленным, прежде всего, в Европе в области создания ЛА тяжелее воздуха, который был проанализирован и «представлен» в распоряжение братьев Октавом Шанютом и Смитсоновским институтом. В дальнейшем задача обработки, анализа и рационального использования в США положительного зарубежного опыта в области авиации станет одной из главнейших функций образованного в 1915 г. «Национального совещательного комитета по аэронавтике» — NACA (National Advisory Committee for Aeronautics).

Продолжение следует

ПИОНЕРЫ

Алексей Сергиенко