Как самолет ставили на крыло окончание

БИОГРАФИЯ САМОЛЕТА,
ИЛИ КАК ЛЕТАТЕЛЬНУЮ МАШИНУ СТАВИЛИ НА КРЫЛО

Окончание. Начало в  журнале «Мир транспорта», 2003, № 3.

Первая часть «Биографии самолета» завершилась рассказом о полетах братьев Райт. В 1903 году человек впервые стал по-настоящему летать на управляемой воздухоплавательной машине.

Неутомимые братья У. и О. Райт продолжали работать над совершенствованием своего самолета. Модификация 1904 года представляла собой незначительно измененный вариант  «Флайер-1». Новый, более мощный двигатель. Иная форма вертикального руля, уменьшена кривизна крыла, увеличена емкость топливного бака. Катапультный метод старта позволял производить полеты независимо от ветра.
Попытки братьей совершить полет по замкнутой траектории впервые  были предприняты в сентябре 1904 года. У. Райт выполнил на самолете поворот на 360 градусов. Полеты по кругу позволили продлить время пребывания в воздухе. За 5 мин. 4 сек. самолет описал в воздухе рекордные четыре полных круга, пройденное расстояние составило 4,8 км. Однако аэродинамическое сопротивление требовало запаса мощности, которого на самолете не было.
В 1905 году был построен «Флайер-3». Мощность двигателя возросла до 21 л. с.  Применение независимого двухканального бокового управления самолетом позволило совершать виражи  без скольжения и уменьшить необходимую для маневров мощность. К концу того года Райты уверенно выполняли полеты не только по кругу, но и «восьмерки», продолжительность полетов достигла 33 мин. 17 сек.

БУМ  АВИАЦИИ  В  ЕВРОПЕ

Центр развития авиации переместился из США в Западную Европу, где пионерами ее стали: во Франции – Сантос-Дюмон,  Г. Вуазен, Л. Брелио,  А. Фарман,  Э. Ньюпор» в Великобритании – А.Ро,  Дж. Де Хэвилленд, Ф. Хендли, Пейдж; в Германии – А. Фоккер; в Италии – Дж. Капрони и другие.
Стимулом ускорения самолетостроения послужила прочитанная в 1903 году во Французском аэроклубе лекция О. Шанюта о развитии планеризма в США, в том числе об успехах братьев Райт в безмоторных полетах.
Изобретатель Ф.  Фербер (при поддержке мецената Э. Аршдекона) в 1904 году совместно с инженером Э. Эсно-Пельтри и механиком Г. Вуазеном организовали во Франции Авиационный комитет. Начались опыты с безмоторными  двигательными аппаратами райтовского типа. Безуспешно.  Сказалось техническое несовершенство планеров и неопытность  французских конструкторов.
Однако эксперименты сыграли некоторую положительную  роль в развитии конструкции летательных аппаратов. Так,  в октябре 1904 года Эсно-Пельтри  на своем планере впервые применил элероны (точнее –  элевоны). За ним С. Коди, Л. Блерио,  А. Сантос-Дюмон и другие авиаконструкторы начали применять элероны на самолетах.
В 1907 году над созданием самолетов в Европе работали уже свыше 15 авиаконструкторов. Братья Т. и Ш. Бувзен организовали первое самолетостроительное предприятие, где по заказам клиентов в 1905-1908 годах было изготовлено полтора десятка самолетов и планеров.
Новым стимулом послужили учрежденные в 1904 году Французским аэроклубом  крупные денежные призы за осуществление моторного полета на аппарате тяжелее воздуха. Они  должны были присуждаться  за дистанцию полета 25 и 100 м и за полет по кругу протяженностью 1 км.
Новое направление работы европейских авиаконструкторов заключалось в стремлении к самоустойчивости аппарата в полете. Создатели самолетов опирались на опыт А.Кейли, А. Пенса, В. Татена, Л. Хайгрейва и других пионеров авиации XIX века.
Наука продолжала свою помощь авиаторам. Появились труды А. Прандтля «О движении жидкости с очень малым трением» (1905 год), Н.Е. Жуковского «О присоединенных вихрях» (1906 год). А в Париже в том же году была образована Международная авиационная федерация (ФАИ).
К типичным аэродинамическим компоновкам начала XX века относятся: биплан с коробчатым крылом, передним рулем высоты и толкающим пропеллером; биплан (мультиплан) без перегородок на крыле, с тянущим винтом  и заднерасположенным оперением; моноплан «нормальной» схемы с тянущим винтом; моноплан с самобалансирующимся крылом без стабилизирующихся хвостовых поверхностей. Большинство из этих планеров не имело органов поперечного управления.
Прототипом для первой из указанных компоновок послужил коробчатый змей. Эти проекты привлекли внимание авиаконструкторов, когда  с десятилетним запозданием во Франции были опубликованы некоторые сведения о работах Харгрейва.
Сначала были неудачи В основном в 1904 году в России в Аэродинамическом институте  (в Кучине) С.С. Неждановский  разработал один из первых в Европе проектов самолета на принципах конструкции коробчатого змея, однако изготовить полноразмерный аппарат не удалось.
Летом 1905 года Г. Вуазен на средства Э. Аршдекона построил поплавковый  планер с коробчатым крылом и стабилизатором. Площадь горизонтальной поверхности планера составляла  60 кв. м; взлетный вес – 300 кг; переднее крыло имело четыре, а заднее – три вертикальные перегородки.
Первый самолет по типу коробчатого змея «Блерио-3» создан в 1906 году. Его крылья имели замкнутую эллиптическую форму. Внутри переднего крыла был установлен руль высоты, внутри хвостовой ячейки – руль направления. Самолету предназначалось взлетать и садиться на воду. Двигатель мощностью 24 л. с. вращал два пропеллера перед крылом.  Из-за разрушения одного из трех поплавков во время  разбега  испытания закончились аварией. Вибрации, вызванные действием цепной передачи, Заставили Блерио отказаться от трансмиссии. Увеличили мощность – поставили два двигателя по 24 л. с. Но и после этого в 1906 году модифицированный самолет «Блерио-4» не смог совершить полет.
Неудачи испытания гидросамолетов Кресса. Ленгли и Блерио привели к отказу от распространенного в те годы мнения,  будто взлет с воду значительно проще и безопаснее, чем с твердой поверхности, и самолеты стали снабжаться колесным шасси (работы в области гидроавиации возобновились только в 1910 году).
Первым коробчатым бипланом, который смог оторваться от земли, был самолет бразильца, члена Французского аэроклуба Сантос-Дюмона  «14-бис». Он представлял собой гибрид самолета братьев Райт и «коробчатого» змея, имел схему «утка», бипланное крыло, переднерасположенный бипланный руль,  толкающий пропеллер. Летчик располагался стоя. Самолет имел четырехгранный закрытый фюзеляж. Шасси – двухколесная тележка. Размах крыла– 11,5 м, площадь – 52 кв. м, дина самолета –9,7 м. Вес самолета составлял 300 кг. В 1906 году, после установки более мощного двигателя (50 л.с.), летательный аппарат смог оторваться от земли и пролетел около 60 м, выиграв приз Аршдекона. Позже ему удалось пролететь уже 220 м на высоте 6 м за 21,2 сек.  Полет Сантос-Дюмона считается первым официально-зарегистрированным полетом в Европе. Однако надо признать, эти испытания не были первым вообще подъемом на самолете. Более того, «14 бис» не мог считаться при годным для настоящих  полетов. Путевая неустойчивость в сочетании с большим запасом  поперечной устойчивости вызывала сильную раскачку самолета в полете (типа «голландский шаг»). В 1907 году «14 бис» потерпел аварию. И больше не было ни одной попытки повторить этот аппарат.
В 1907 году в самолетостроительной мастерской братьев Вуазен были изготовлены самолеты классического типа с коробчатым крылом, оперением и  переднерасположенным рулем высоты – «Вуазен-Каферер», «Вуазен-Делаграж-1» и «Вуазен-Фармаен-1». Конструктивные отличия:  применение колесного шасси; меньшее количество вертикальных перегородок; фюзеляж – с закрытой  носовой частью и местом для пилота в сидячем  положении; управление – сходное с автомобильным. Двигатель – 8-цилиндровый  V-образный «Антуанетт» с жидкостным охлаждением  мощностью 540 л.с.  В 1907 году Фарман  преодолел по воздуху 771 м, в начале следующего года выполнил первый в Европе полет по кругу длиной 1 км по очень большому радиусу, продержался в воздухе 20 мин. 20 сек.
Аппараты Делагранжа и Фармана явились первыми, способными к движению по воздуху европейскими самолетами. Они более совершенны в аэродинамическом отношении.  Наличие хвостовой  стабилизирующей поверхности  большой площади обеспечивало удовлетворительную устойчивость.  Если же обобщить, то сходными недостатками самолетов мастерской Вуазонов были отсутствие средств поперечного управления и большая чувствительность к боковым порывам ветра из-за вертикальных перегородок.
Другим направлением в развитии конструкции европейского самолета-биплана занимался Ф. Фербер, который в 1904 году первым применил схему с тянущим винтом и обычным монопланным хвостовым оперением. Конструктор установил за крылом планера горизонтальный стабилизатор райтовского типа. Переднее расположение руля высоты было сохранено. Консоли крыла отклонены несколько вверх для обеспечения поперечной устойчивости самолета. С двигателем «Антуанетт» в 1908 году самолет Фербера под № 9 впервые оторвался от земли, а позже преодолел дистанцию 500 метров.
Компоновка Ы. Фербера получила дальнейшее развитие в конструкциях А. Сантос-Дюмана (№ 15, в 1907 году), Я. Эллехаммера (1906-1908 годы), А. де Пишоффа (1907 год). На этих самолетах не имелось руля высоты перед крылом – все органы управления были перенесены на хвостовой стабилизатор.  Целесообразность таких нововведений стала со временем очевидна. Схема «биплан» с тянущим винтом и рулем высоты за крылом стала доминирующей в самолетостроении.
Среди попыток создать самолет-моноплан можно назвать аппараты английского инженера Г. Филлипса (1904-1907 годы), «Эллехаммар-1» и «Вуйя-1» (1906 год) датчанина Я. Эллезаммера и румына Т. Вуйя, работавшими во Франции. Их конструкции были неудачными и не оказали влияния на развитие самолетостроения.
Л. Блерио занялся проектированием монопланов в 1907 году. При создании своих самолетов конструктор использовал опыт предшественников – А. Сантос-Дюмона, С. Ленгли, В. Татена. В 1906-1907 годах самолет «Блерио-5» – «Конар»  имел схему «утка», аппарат «Блерио-6» – «тандем». Они были во многих отношениях более совершенны, чем машины Эллехаммера и Вуйя, с закрытым фюзеляжем, большим плечом действия рулей.  Низкопланные  «Блерио-6» и    «Блерио-7» имели V-образное расположение крыльев, средства для поперечного управления, отличные от авиадвигателей «Антуанетт».
Несмотря на это, испытания всех самолетов Брелио в 1907 году окончились авариями. Причины – недостаточная продольная устойчивость самолетов и малая опытность самого Л. Брелио как пилота.
В середине 1908 года был создан первый «типичный» самолет Л. Брелио – № 8,  предшественник его знаменитого «Блерио-11». Модель имела прямоугольное  верхнерасположенное крыло, длинный фюзеляж прямоугольного сечения и хвостовое оперение с горизонтальным стабилизатором и размещенными по бокам рулями высоты. Имелся также цельноповоротный руль направления. Размах крыла составлял 11 м, площадь – 22 кв.м, длина фюзеляжа – 10 м. Расположенный в носовой части двигатель приводил в движение  четырехлопастный винт. Самолет был снабжен трехколесным шасси с хвостовым колесом. Брелио удалось выполнить полеты по кругу, его самолет продержался в воздухе 8 мин. при ветре 5-6 м/сек.
Общее количество построенных в 1807 году монопланов превысило число бипланов. Это были в основном пробные образцы. Дальность их полетов измерялась метрами, продолжительность – секундами.  Испытания часто сопровождались авариями. Тем не менее, все они отличались оригинальными конструктивными решениями, многие из которых получили  затем распространение в самолетостроении.
Самолеты Р. Эсно-Пельтри РЭП-1 и РЭП-2, появившиеся в 1908 году, имели хорошо обтекаемый  закрытый фюзеляж с килеобразной задней частью, колесное шасси велосипедной схемы с воздушно-масляной ароматизацией, конструкцию их стальных труб. Управление осуществлялось одним рычагом. Благодаря хорошим аэродинамическим формам самолеты РЭП обладали рекордной для своего времени скоростью – до 80 км/ч. Однако неустойчивость из-за отсутствия вертикального оперения,  отрицательного поперечного V  крыла и малого плеча горизонтального оперения,  а также нестабильная работа двигателя Эсно-Пельтри  затрудняли пилотирование. Поэтому дальность полетов не превышала нескольких сотен метров.
Еще один самолет «Гастамбид-Менгин-1» , построенный фирмой «Антуанетт» в начале 1908 года, отличался большим удлинением закрытого фюзеляжа и совершенным профилем крыла с большой относительной толщиной и различной кривизной верхней и нижней поверхностей. В плане крыло имело трапециевидную форму с сужением к концам. В модифицированном варианте, который назывался «Гастамбид-Менгин-2», были установлены отдельные подвижные и неподвижные поверхности на хвосте, что являлось первым в авиации случаем разделения стабилизирующих и управляющих функций оперения. Самолет снабдили также элеронами на задней части крыла. Однако на этом аппарате удавались только подлеты.
Оригинальный тип  самолета-моноплана малых размеров под № 19 был создан в конце 1907 года  А. Сантос-Дюмоном. Это первый в мире самолет-авиетка. Конструкция его выполнена из бамбука. «Сантос-Дюмоно-19» имел верхнерасположенное крыло, крестообразное хвостовое оперение, трехколесное шасси. Свою эффективность «малыш» подтвердил, увы,  не сразу: размещение вертикального и горизонтального рулей вблизи центра масс сильно затруднило управляемость самолета,  и он потерпел аварию. В 1909 году на той же основе сделан удачно летающий легкий самолет «Сантос-Дюмоно-20» («Демуазель»).
В 1907 году ан французской авиации В. Татен сконструировал для известного воздухоплавателя А. де  ля Во моноплан с двумя толкающими винтами. Эта машина интересовала как первый опыт создания самолета с полностью закрытой кабиной пилота.
Многочисленные аварии породили мнение, что моноплан – крайне неустойчивый тип летательного аппарата. Но ученые продолжали поиск такой формы крыла, которая могла бы обеспечить балансировку самолета без горизонтального оперения.  В 1907 году вышла в свет работа Ф.У. Ланчестера «Аэродинамика». Основные типы самобалансирующегося крыла были разработаны раньше  А. Пено,  В. Кетовым,  С.С. Неждановским. Немецкий исследователь Ф. Альборн обратил внимание на планирующие свойства  крылатого семени тропического растения занония (семейство тыквенных), кот рое имело серповидную форму с отрицательной круткой на концах.
И в 1906 году австриец И. Этрих, при участии инженера Ф. Велса, построил балансирный планер в форме семени занонии – «летающее крыло» из бамбука и полотна размахом 12 м и площадью 36 кв. м. На нем удалось выполнить несколько планирующих полетов, дальность которых превышала 200 м.
Английский конструктор А. Данн придал крылу заметную стреловидность 30° и прямолинейные очертания, сохранив в то же время основной принцип балансировки – отрицательную крутку поверхности вдоль размаха. После экспериментов с планером-монопланом схемы «бесхвостка» Данн создал ряд самолетов аналогичной схемы, но с бипланным крылом. И в 1910 году его аппарат D-5 пролетел расстояние более 3 км. Это был первый полет на самолете  типа «бесхвостка».
В 1910 году А. Фабр совершил на своем гидросамолете первый в мире успешный взлет  с воды. Взлет с палубы корабля совершил Ю.Эли (США) на  биплане Г. Кёртисса (а через год – посадку на палубу корабля). В декабре 1910 года А. Коанде продемонстрировал полет самолета с силовой установкой реактивного типа, включающей поршневой двигатель и приводимый им в действие центробежный компрессор.

УСПЕХ ОБЪЕДИНЕНИЯ ДОСТОИНСТВ

В развитии  мирового самолетостроения имелись два основных направления. Представителями одного из них были братья Райт, другого –европейские авиаконструкторы (Вуазен, Блерио, Фербер и др.). самолеты и той, и другой школы имели свои преимущества и недостатки. Предстояло объединить достоинства. И это было сделано, когда во второй половине 1908 года У. Райт начал демонстрационные полеты на своем самолете во Франции.  Поторопили братьев О. и У. Райт раскрыть свои достижения не только полеты самолетов Г. Вуазена и других европейских конструкторов, но и успехи соотечественников. Так, в 1907 году в США известным изобретателем А. Беллом совместно с Г. Кёртиссом, Ф. Болдуином, Т. Селфриджем была основана  «Ассоциация экспериментальной авиации» (АЕА). И в 1908 году члены АЕА построили четыре биплана, напоминавшие самолеты  Вуазена, но без вертикальных перегородок и с элеронами по типу законцовок Блерио. На самолете «Ред Уинг» Болдуин преодолел  по воздуху 100 , Кёртисс на самолете «Джон Баг» пролетел по прямой 1550 м. Выходило, что самолеты-соперники в скором времени могли превзойти «Флайер».
Модифицированный аппарат  «Райт А» имел несколько важных изменений: он был переделан в двухместный, летчик и пассажир располагались, сидя на нижнем крыле;  увеличена емкость топливного бака; управляющие креном салазки заменены комбинированной рукояткой; поставлен более мощный двигатель «Райт» (30 л.с.). В мае 1908 года на «Райт А) впервые в истории авиации были выполнены полеты с пассажиром на борту.  Первый такой полет  продолжительностью 29 сек. совершил У. Райт. Тогда же другой брат, О. Райт, совершил одиночный полет  продолжительностью 3 мин. 40 сек.
Лишь после этого начались демонстрационные полеты У. Райта во Франции.  Всего до конца  1908 года выполнена 104 полета. Общее время нахождения в воздухе  составило  более 25 часов.  Самолет  братьев Райт  выполнял резкие повороты,  восьмерки, виражи.  Впервые был  продемонстрирована возможность использования средств поперечного  управления не только для устранения случайных кренов, но и для маневров. Самолет уверенно держался в воздухе при в двое меньшей энерговооруженности, чем аппараты Сантос-Дюмона, Вуазена,  Блерио, Левавассера.
Вслед за братьями Райт европейские авиаконструкторы стали применять:  средства поперечного управления; трансмиссию для  уменьшения скорости вращения винта;  гладкий деревянный винт Шавьера  с  значительно большим КПД. И уже  в 1909 году самолеты французских конструкторов не только не уступили  аппаратам братьев Райт,  но во многих отношениях превосходили их. Лучшие образцы – «Блерио-11» «Фарман-3», «Антуанетт-4» обладали удачным сочетанием характеристик устойчивости, удобной системой управления, запасом мощности для маневров. Возможность автономного старта позволяла  осуществлять  внеаэродромные полеты.
1909 год стал пиком всеобщего триумфа самолета. Авиация стремительно вошла в жизнь людей, приковав к себе внимание показательными полетами, состязаниями пилотов, быстрым ростом рекордных достижений, которые стали регистрироваться Международной авиационной  федерацией.
В том году в Реймсе состоялись первые международные состязания на летательных аппаратах, в них приняли участие 38 самолетов, на которых были выполнены 87 полетов дальностью более 5 км, семь – более 100 км.
В Париже прошла первая авиационная выставка – Аэронавтический салон.  В этом же году Л. Прандтль в Гёттингене, а  А.Г.Эйфель и О. Рато в Париже основали аэродинамические лаборатории. И, наконец, такой знаменательный факт: в октябре  1909 года Р. Де  Ларош (Франция)  первой из женщин совершила авиационный полет, став  позже и первой  дипломированной летчицей.
Улучшились рекорды дальности высоты и скорости. Один из них– триумфальный  перелет в июле 1909 года Л. Брелио на моноплане»Блерио-11» из Франции в Англию через пролив Ла-Манш. Тогда же А.П. Тиссандье установил первый официально  зарегистрированный ФАИ рекорд скорости (54,77 км/ч) на биплане конструкции братьев Райт. Уже в 1910 году скорость  рекордных самолетов достигла 80 км/ч, высота полета – 3000 м, дальность – 600 км, продолжительность полета 8 часов.
В первое десятилетие XX века зародилась авиационная промышленность, началось серийное производство самолетов, в армии многих государств составной частью начала входить военная авиация, открылись первые школы по подготовке пилотов.
Осознав, что самолет может сыграть большую роль в различных сферах и, прежде всего,  в военном деле, правительства России, Германии, Англии, США принялись официально выделять средства на развитее авиации.
Процесс наступления на умы в авиации охватил и Россию. В 1908 году был основан Всесоюзный аэроклуб.  Первыми русскими планеристами стали А. В. Шиуков и Б.И. Россинский, осуществившие полеты на планерах типа биплана Шанюта-Хирринга. Студенты  Императорского технического училища в Москве испытали планер Лилиенталя.
С планеризма начали свою карьеру в авиации такие прославившиеся затем авиаконструкторы, как А.Н. Туполев, Б.Н. Юрьев. Через год в России появились и первые пока самодельные  самолеты.  Механик-самоучка А.Г. Уфимцев построил двухтактный роторный авиационный двигатель и самолет с оригинальным круглым крылом и необычным для тех лет шасси с носовым колесом. Инженер С.В. Гризодубов создал самолет по образцу биплана братьев Райт.  Изобретатель Ю. Кремп сделал легкий самолет-моноплан, оснастив его деревянными лыжами.
Авиация уверенно захватила российское общество. В 1909 году в Московском техническом училище, Петербургском институте инженеров  путей сообщения, Петербургском, Киевском и Донском (Новочеркасском) политехнических институтах началось чтение лекций по воздухоплаванию. В декабре Всероссийский аэроклуб вступил в ФАИ и получил право регистрации мировых авиационных и воздухоплавательных рекордов, устанавливаемых в России, а также выдавать  пилотские дипломы, действительные во всех странах.
В 1910 году Россия была в Париже  в числе 15 государств-участников Международной конференции «для  регулирования юридических отношений, возникающих из передвижений по воздуху». В то же время  в Санкт-Петербурге, на Коломяжском ипподроме , прошла первая в стране  международная неделя авиации.
Практические вопросы авиации стимулировали  развитие аэродинамики. И здесь русская научная мысль добилась значительных достижений, воплотившихся, в частности,  в трудах И.Е. Жуковского и С.А. Чаплыгина. В 1909 году начали создаваться  первые в России авиастроительные предприятия (завод акционерного общества «Первое российское товарищество воздухоплавания  С.С. Щетинин и К°»).
Наконец, состоялись и дебютные полеты авиамашин отечественных конструкторов. В июне 1910 года на самолете отечественной постройки  «Кудашов-1» первый в России полет совершил в Киеве на Сырецком ипподроме профессор Киевского политехнического института князь А.С.Кудашев. В том же месяце молодой киевский авиаконструктор И.И. Сикорский впервые поднял в воздух свой самолет- биплан С-2 над Куренё1вским полем в Киеве. А еще через три дня состоялся полет на самолете «Гаккель-III» на Гатчинском аэродроме  под Санкт-Петербургом. Бимоноплан  (биплан с фюзеляжем) инженера Я.М. Гаккеля пилотировал В.Ф. Булгаков.
Таким образом, к концу  первого десятилетия XX века в мире родился, наконец, самолет, способный к продолжительным полетам и маневрированию в воздухе. Самолет стал на крыло. Этап создания воздухоплавательных машин закончился, начался этап развития, практического применения и серийного производства самолетов.
Конец.


Опубликовано в журнале «Мир транспорта», 2003 № 4.