Алексей Жабров
ПОЧЕМУ И КАК ЛЕТАЕТ САМОЛЕТ
ВВЕДЕНИЕ
О наше время мы так привыкли к самолетам, что даже не поднимаем головы, услышав знакомый гул в небе. Однако, хотя самолет внешне знаком всем, далеко не все знают, как он устроен и почему летает, какие физические законы при этом используются.
Полет птицы кажется более понятным. Птица машет крыльями и как бы отталкивается от воздуха. Почему же летает самолет? Ведь его крылья неподвижны! Что создает подъемную силу, способную поддерживать в воздухе тяжелую машину? Как летчик управляет этой силой и сохраняет равновесие крылатой машины? Почему самолет может делать в воздухе разнообразные фигуры?
Ответы вы найдете в этой небольшой книжке.
ИЗ ИСТОРИИ САМОЛЕТА
Издавна мечтали люди летать подобно птицам. Об этом рассказывают многие народные сказки, легенды и предания. Широко известно, например, древнегреческое сказание о Дедале.
Афинский скульптор Дедал и его сын Икар были заключены в высокую башню на острове Крите. Чтобы бежать из неволи, Дедал сделал себе и сыну крылья из птичьих перьев, скрепив их воском. На этих крыльях узники вылетели с острова. Летя над морем, Икар стал подниматься все выше и выше к солнцу. От солнечных лучей воск растаял, крылья рассыпались, Икар упал в море и погиб. Дедал же благополучно прилетел в Италию.
Наряду с подобными легендами сохранилось немало преданий и о действительных попытках человека летать подобно птице.
В русской летописи рассказывается, например, о том, как в царствование Ивана Грозного «некий смерд Никита боярского сына холоп» совершил полет на какой-то машине с крыльями, за что был казнен царем. Царский приказ гласил так: «Человек не птица, крыльев не имат. Аще же приставит себе крылья деревянные — против естества творит. То не божье дело, а от нечистой силы. За сие содружество с нечистой силой отрубить выдумщику голову…».
Первая попытка научно обосновать возможность механического полета человека принадлежит великому итальянскому ученому и художнику Леонардо да Винчи (1452–1519). В одной из его записных книжек были найдены вычисления, относящиеся к полету птиц и к полету человека с помощью крыльев, приводимых в движение мускульной силой. По мнению ученого, «механическую птицу» следовало строить по образу летучей мыши. На протяжении нескольких веков было множество попыток построить такую «механическую птицу». Однако все они не имели успеха.
Плодотворнее оказалась другая мысль Леонардо да Винчи — о создании так называемого воздушного винта. Эту мысль осуществил великий русский ученый М. В. Ломоносов (1711–1765). Он первый построил модель винтокрылого летательного аппарата, называемого теперь вертолетом. Вот как об этом было записано в протоколе Российской Академии наук от 1 июля 1754 г.
«Высокопочтенный советник Ломоносов показал машину, названную аэродромической, выдуманную им и имеющую назначением при помощи крыльев, приводимых в движение часовой пружиной, нажимать воздух (т. е. отбрасывать его вниз) и подниматься в верхние слои атмосферы для того, чтобы можно было исследовать состояние верхнего воздуха метеорологическими приборами, прикрепленными к этой аэродромической машине»[1].
Крыльями здесь названы лопасти воздушного винта, вращающегося вокруг вертикальной оси. При вращении винта часовой пружиной лопасти создавали подъемную силу. Однако эта сила получилась, по-видимому, меньше веса аппарата, поэтому модель вертолета М. В. Ломоносова не могла летать.
Над созданием вертолета работало много изобретателей как в России, так и в западных странах. Но окончательно эта задача была решена только в наше время.
В середине XIX века зарождается идея летательной машины с неподвижными крыльями. Среди изобретателей летательных аппаратов такого типа выделился русский морской офицер А. Ф. Можайский (1825–1890). Сначала он строил гигантские воздушные змеи и сам поднимался на них в воздух. Затем, изучая полет птиц, Можайский начал делать опыты с моделями летательного аппарата, который мы теперь называем самолетом.
В 1876 году модель самолета Можайского поднялась в воздух. В последующие годы изобретатель разработал проект самолета с паровым двигателем и тремя воздушными винтами. Корпус самолета имел вид лодки, установленной на тележку. К бортам этой лодки прикреплялись широкие прямоугольные крылья. Для управления имелись рули — горизонтальный и вертикальный. Проект был разработан настолько убедительно, что Можайский получил патент на свое изобретение.
Самолет А. Ф. Можайского строился и испытывался в 1882–1885 годах на военном поле недалеко от Петербурга. При одном из этих испытаний, как свидетельствуют современники Можайского, самолет после разбега по деревянному настилу оторвался от него и немного пролетел над полем. К сожалению, из-за поломки машины и недостатка средств дальнейшие опыты прекратились.
Самолет А. Ф. Можайского, как и летательные машины других изобретателей, строивших самолеты в конце прошлого века, имел много недостатков. Было несколько причин, почему не удалось тогда покорить воздушный океан.
Главная причина заключалась в том, что наука о летании в то время была еще недостаточно развита. Для создания самолета необходимы глубокие знания законов полета, а таких знаний тогда еще не было.
Второй причиной было отсутствие легкого и мощного двигателя. Паровой же двигатель мало пригоден для самолета.
Кроме того, тогда не имелось никакого опыта в управлении самолетом. А ведь даже в наше время научиться этому не так-то легко. Требуется длительная тренировка, чтобы овладеть искусством полета.
Все эти преграды стояли на пути первых авиаторов[2].
Одним из них был немецкий инженер Отто Лилиенталь. Изучая полет птиц, он правильно заключил, что если птицы некоторое время держатся в воздухе, не махая крыльями, то и человек на верно рассчитанных крыльях может плавно «планировать» с возвышенного места. Лилиенталь решил, что прежде чем строить самолет, надо овладеть безмоторным летательным аппаратом — планером.
Первый планер, построенный им в 1890 году, имел крылья такой же формы, как у летучей мыши. Полеты Лилиенталь производил сначала с крыши сарая. Держа крылья за раму, он разбегался против ветра и прыгал вниз. В первый момент планер слегка взмывал вверх, а затем скользил к земле.
Позднее изобретатель построил второй планер лучшей конструкции. На нем Лилиенталь совершил сотни полетов с довольно высоких холмов и научился хорошо управлять планером. При сильном ветре ему иногда удавалось немного парить, как парят птицы. Но во время одного из таких полетов Лилиенталь не смог сохранить равновесие аппарата и упал, разбившись насмерть.
В России с особым вниманием к опытам Лилиенталя отнесся профессор Московского высшего технического училища — создатель науки о летании Н. Е. Жуковский (1847–1921). Он опубликовал статью «О парении птиц», в которой дал теоретическое объяснение полета птицы.
НИКОЛАЙ ЕГОРОВИЧ ЖУКОВСКИЙ
Н. Е. Жуковский навестил Лилиенталя, чтобы понаблюдать его полеты. В знак признательности Лилиенталь подарил русскому ученому один из своих планеров.
Из последователей Лилиенталя большую роль сыграли два американских изобретателя — братья Вильбур и Орвиль Райт.
Братья Райт имели маленькую мастерскую, занимаясь ремонтом велосипедов. В свободное время они построили планер, который имел два ряда крыльев и рули управления. Пилот управлял аппаратом, лежа на животе. Братья совершили много полетов и так хорошо изучили управление аппаратом, что им оставалось только поставить на него появившийся незадолго перед тем автомобильный бензиновый двигатель, чтобы превратить планер в самолет.