ГЛАВА 4. ПЕРВЫЕ САМОЛЕТЫ

Самолеты с паровым двигателем

Постройка самолета была дорогостоящим и рискованным предприятием. Мало кто был готов пожертвовать большой суммой денег ради малореальной затеи построить пилотируемый летательный аппарат тяжелее воздуха. В 1843 г. У.Хенсон пытался организовать в Англии акционерное общество для создания спроектированного им самолета, но только подвергся всеобщему осмеянию. После этого долго время изобретатели самолетов ограничивались описанием своих идей на бумаге или, самое большее, постройкой маленьких моделей.

Первым, кто рискнул всем - капиталом, карьерой, репутацией - ради создания настоящего самолета был французский морской офицер Феликс дю Тампль.

Прежде чем приступить к рассмотрению работ Ф. дю Тампля в области самолетостроения напомним, что в 1857 г. изобретатель получил патент на "аппарат для воздушной навигации", который должен был представлять собой моноплан с верхнерасположенным крылом обратной стреловидности, тянущим пропеллером, убираемым в полете колесным шасси. Примерно тогда же Тампль проводил опыты с моделью самолета с пружинным двигателем, при это был достигнут кратковременный отрыв от земли.

Ободренный успехом, изобретатель приступил к реализации своего проекта. В процессе строительства, продолжавшегося до середины 1870-х годов, в конструкцию были внесены значительные изменения. Первоначально установленный на самолете калориферный двигатель оказался ненадежным и был заменен паровым, диаметр пропеллера был уменьшен с 4 до 3 м, в то же время размах крыла был увеличен до 30м .(1) По сравнению с проектом Тампль отказался от применения убираемого шасси, в крыле вместо двух был установлен только один лонжерон. Несмотря на эти упрощения вес конструкции построенного самолета вдвое превысил расчетный. Затраты на постройку составили более 30 тысяч франков [135, 211, 377 ].

Рис.4.1. Схема самолета Ф.дю Тампля. Из журнала Cosmos les mondes, 1885г.

В законченном виде самолет представлял собой конструкцию, изображенную на рис. 4.1. К открытому фюзеляжу длиной 2,5 м и шириной 0,8 м, выполненному из сварных стальных труб диаметром 3 см, крепились крылья, хвостовое оперение и трехколесное шасси. Внутри фюзеляжа размещался двигатель, позади имелось место пилота. Силовыми элементами крыльев служили две изогнутые алюминиевые трубы переменного диаметра (от 2 до 11 см) длиной по 15 м, образующие переднюю кромку несущей поверхности. Снизу к трубе и натянутым вдоль размаха шнурам крепилась обшивка из прорезиненного шелка. В местах изгиба лонжерона (Е, F) были предусмотрены шарниры, позволявшие складывать крыло при стоянке. Несущая поверхность, фюзеляж, хвостовое оперение и стойки шасси были соединены проволочными растяжками.

Хвостовое оперение представляло собой две подвижные поверхности - горизонтальную и вертикальную. Так же, как и крыло, они имели алюминиевый трубчатый каркас и матерчатую обшивку. Веероподобное горизонтальное оперение помимо поворотов в вертикальной плоскости могло изменять угол раскрытия. Общая площадь крыла и горизонтального оперения составляла 130 м2.

Трехколесное шасси с двумя стойками впереди и одной сзади имело пружинные амортизаторы (внутри стоек). Диаметр колес был очень мал. Это говорит о том, что дю Тампль не предусматривал взлета с обычного грунта. Большая высота передних стоек обеспечивала стояночный угол атаки крыла в пределах 20-25° .

Установленная на самолете паровая машина имела два качающихся цилиндра, штоки которых соединялись с валом пропеллера, и трубчатый котел конструкции дю Тампля. Котел отапливался нефтью и мог генерировать пар под давлением 8 атм. Для конденсации отработанного пара использовался внутренний объем стальных трубок, образующих фюзеляж. Вес двигателя составлял 59 кг. Мощность мотора неизвестна, однако, принимая во внимание, что удельный вес аналогичных паровых двигателей, выпускаемых серийно, составлял 18-20 кг/л.с. [49, с. 84; 193 ], можно предположить, что она составляла 3-4 л.с. (2)

На валу двигателя был установлен шестилопастной пропеллер, сделанный, как и крыло, из стальных труб, обтянутых шелком. Двигатель, вал и винт, представлявшие собой единый агрегат, могли поворачиваться в вертикальной плоскости относительно фюзеляжа, позволяя управлять направлением тяги в полете. Поворот осуществлялся с помощью зубчато-червячной передачи и штурвальчика, который видно в правой руке пилота на рис. 4.1. Из рассмотрения этого рисунка следует также, что отклонение горизонтального руля осуществлялось рычагом (в левой руке пилота), а вертикального руля - педалями.

(1) В то время роль удлинения крыла в образовании подъемной силы еще не была доказана. Тампль, придававший большое значение увеличению размаха поддерживающей поверхности, исходил, очевидно, из наблюдения, что хорошо парящие птицы имеют длинное узкое крыло.
(2) Аналогичный результат дает также расчет по формуле Вельнера.

Самолет долгое время проходил наземные испытания. Тяга винтов, замеренная с помощью динамометра, составляла 20 кг [377, с. 234 ]. В статье С.Бернара, опубликованной в 1885 г., говорилось: "... за 10 лет испытаний и доводок ржавчина, удары и ремонт лишили многие детали их первоначальной прочности. В связи с этим г. дю Тампль не решился перейти к летным испытаниям" [153, с. 69 ] (1).

Не имея средств на ремонт пришедшего в негодность самолета, Ф. дю Тампль в 1885 г. обратился через печать к общественности с просьбой о помощи. В статье, в частности, говорилось, что он "... готов дать не только общий план, но и образцы частей аппарата - плода более чем двадцатилетних трудов, в том случае, если какие-либо лица, более свободные в своих действиях и более обеспеченные в финансовом отношении пожелали бы его реконструировать" [153, с. 69]. Призыв изобретателя остался без внимания.

Самолет Ф. дю Тампля содержал все основные элементы, необходимые для полета: крыло, фюзеляж, двигатель, пропеллеры, горизонтальное и вертикальное оперение, шасси. Ряд конструктивных идей - применение алюминия, амортизаторы для посадки - являлись передовыми для своего времени и нашли воплощение в авиации много лет спустя. Вместе с тем очевидно, что самолет не обладал достаточной прочностью - при наземных испытаниях он неоднократно получал повреждения. Наиболее неудачным был выбор конструктивно-силовой схемы крыла: не имелось ни нервюр, ни стрингеров. К другим недостаткам самолета следует отнести применение обратной стреловидности крыла и управление в полете с помощью поворота силовой установки.

Заслуга Ф. дю Тампля в авиации прежде всего состоит в том, что он первым сделал нелегкий и важный шаг - от умозрительных рассуждений о полете и опытов с маленькими моделями до создания настоящего самолета.

Несколько лет спустя тернистый путь Ф. дю Тампля повторил А.Ф.Можайский. Однако прежде, чем приступить к анализу его деятельности, следует сказать несколько слов о работе С.Микунина, который первым в России решил построить самолет.

Единственным источником сведений о деятельности Микунина в авиации являются его письма редактору французского журнала "L'Aeronaute", опубликованные в нескольких номерах указанного издания [309 ]. Из них следует, что идея построить самолет возникла у Микунина после появления сведений о модели триплана Д.Стрингфеллоу, демонстрировавшейся на аэронавтической выставке в Лондоне в 1868 г. Так же, как и модель, самолет должен был иметь три крыла, расположенных одно над другим, однако в отличие от летательного аппарата Стрингфеллоу, заднюю кромку крыла решено было сделать гибкой. Установочный угол атаки крыльев - 10. Двигатель - паровую машину мощностью 50 л.с. - планировалось заказать в Германии. Он должен был приводить в движение два винтовых пропеллера. Самолет был рассчитан на подъем трех человек.

Строительство самолета началось в Москве в 1877 г. Руководить работами Микунин получил некоему Дюбуа, бельгийцу по национальности. В 1878 г. корпус самолета (без двигателя) был в основном готов. Однако к этому времени Микунин охладел к идее летательного аппарата с неподвижным крылом и занялся создание орнитоптеров. Самолет остался недостроенным.

(1) Принимая во внимание, что указанная статья была опубликована с разрешения Ф. дю Тампля [153, с. 69] (по сведениям газеты "Les Ailes" [141], Тампль даже являлся фактическим автором публикации), можно считать установленным, что конструктор не делал попытки опробовать самолет в полете. Это доказывает ошибочность не подтвержденных документами утверждений, что в 1874 г. самолет с человеком на борту якобы пролетел несколько метров над землей после старта по наклонной плоскости [187, с. 47; 223, с. 34; 241, с. 37-38].

В отличие от Ф. дю Тампля, являвшегося убежденным и последовательным пионером самолетостроения, Микунин организовал постройку самолета без каких-либо предварительных изысканий и, как следует из его писем, без особой веры в правильность выбранного им пути.

Несравненно больший интерес представляет деятельность А.Ф.Можайского - подлинного пионера русского самолетостроения. Как и дю Тампль, Можайский был морским офицером. Тот факт, что именно моряки стали строителями первых самолетов, не случаен. Находясь в плавании, они были очевидцами парящих полетов птиц, следующих за кораблем, могли наблюдать, с какой силой ветер действует на паруса. К этому следует добавить, что морские офицеры имели хорошее техническое образование, широкую общую эрудицию, были менее стеснены в денежном отношении, чем большинство других изобретателей.

Деятельности А.Ф.Можайского в области самолетостроения заслуженно уделено большое внимание в работах по истории отечественной авиации [1, с. 5-83; 5; 47, с. 107-126; 123, с. 11-23]. В результате многолетних исследований удалось выявить значительное число документов, связанных с именем пионера отечественного самолетостроения. Однако отрывочность, а нередко и противоречивость сведений, содержащихся в этих материалах, не позволяет с исчерпывающей полнотой представить картину создания и испытаний самолета Можайского. Многие недостающие факты пришлось получать индуктивным путем, исходя из сопоставления различных источников. В связи с этим некоторые моменты деятельности А.Ф.Можайского историками авиации освещены по разному.

Рис. 4.2. Самолет А.Ф.Можайского. Рисунок из привилегии

Работы Можайского в авиации начались с изучения полета птиц и экспериментов с воздушными змеями. В 1876-1877 гг. он провел ряд успешных опытов с моделями самолетов с пружинным и резиномоторным двигателями. Всего было построено по меньшей мере три аппарата. Модель взлетала после разбега на колесах по длинному столу и, по свидетельству очевидца, "бегала и летала совершенно свободно и опускалась очень плавно" [5, с. 31-32 ]. Скорость полета составляла около 5 м/с.

В начале 1877 г. Можайский обратился в Военное министерство с предложением о постройке самолета. Год спустя изобретатель решил приступить к реализации своей идеи. Им были разработаны чертежи, определены геометрические и энергетические параметры будущего аппарата, составлена смета расходов на постройку [5, с. 37-46, 48-51 ]. Самолет должен был представлять собой моноплан с одним тянущим и двумя толкающими винтами (рис. 4.2.). Из-за отсутствия в те годы данных о роли удлинения и вогнутости профиля в создании подъемной силы Можайский решил применить крыло в виде плоскости небольшого удлинения, как у воздушного змея. Стоимость работ оценивалась конструктором в 19 тысяч рублей.

В 1881 г. Можайский получил первую в России привилегию (патент) на самолет по заявке от 4 июля 1880 г. [5, с. 82-85 ].

Решив приступить к строительству самолета, Можайский, как и дю Тампль, столкнулся с проблемой финансирования работ. Как уже отмечалось, с 1870-х годов государственные круги начали проявлять интерес к военному применению летательных аппаратов, и в 1877 г. Военное министерство России выделило изобретателю некоторую сумму на опыты. Однако, когда речь зашла о создании полноразмерного самолета, государство отказало Можайскому в помощи, не оценив перспективности его идеи. Конструктор был вынужден строить самолет на собственные средства (1). Значительные материальные затруднения, несомненно, оказали отрицательное влияние на темпы и качество работ и, в конечном счете, на ее результаты.

Практические работы начались в 1881 г. когда Можайский привез из Англии две паровые машины, изготовленные по его проекту (2), и некоторые материалы для будущего самолета. В апреле 1882 г. ему был выделен участок на военном поле в Красном Селе, где летом того же года он приступил к постройке самолета. По свидетельству очевидца работ Н. Н. Мясоедова, "...моноплан строился в загородке из досок без крыши. Дождь часто поливал и портил машину... Работы шли очень медленно, по случаю безденежья, чего г. Можайский и не скрывал. Никто не интересовался его работами и помощи ниоткуда не было" [5, с. 142-143 ].

Точная дата завершения постройки не известна. В работах по истории авиации это событие относят к 1882 г. [5, с. 86; 47, с. 121 ], 1883г. [1, с. 83] или к 1884-1885гг. [83, с. 177-178 ]. Наиболее вероятной нам представляется середина 1883 г., так как по данным протокола заседания Комиссии воздухоплавательного отдела Русского технического общества (РТО), на котором присутствовал Можайский, в начале этого года аппарат еще не был закончен [5, с. 90-91 ], а в сообщении члена РТО В. Д. Спицина от 9 ноября 1883 г. отмечается, что "снаряд капитана 1-го ранга Можайского в настоящее время уже окончен в натуральную величину" [5, с. 106 ]. В документах 1884 г. говорится уже об опытах с самолетом [5, с. 100; 31, с. 274 ].

(1) По свидетельству сына изобретателя, А.А.Можайского, некоторое материальное содействие в строительстве оказали частные лица, однако общая сумма пожертвований была весьма незначительна - 2800 рублей [5].
(2) В начале Можайский предполагал установить на самолете одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания Брайтона, модель 1873-1874 гг., работающий на жидком топливе [5, с. 43]. Однако значительный вес этого двигателя заставил изобретателя остановить свой выбор на паровой машине, достигшей к тому времени высокого совершенства.

Не имеется точного изображения и подробного описания конструкции построенного самолета (1). Некоторые сведения могут быть почерпнуты из отчета членов Комиссии по применению воздухоплавания к военным целям об осмотре самолета в июле 1890 г. (т. е. уже после смерти А. Ф. Можайского) [5, с. 135-136 ], из воспоминаний Н. Н. Мясоедова [5, с. 142-143 ] и из рисунка, приведенного В. Д. Спициным в книге "Воздухоплавание за 100 лет", опубликованной в 1884г. (рис. 4.3) [5, с. 106]. Согласно этим материалам самолет представлял собой расчалочный моноплан с двумя паровыми двигателями в фюзеляже и тремя винтами - одним спереди и двумя по бокам, в вырезах крыла. Фюзеляж имел форму лодки с деревянным каркасом и полотняной обшивкой. В нем размещались паровые машины, котел, баки с горючим, сидения для людей, приборы. К верхним краям бортов крепились консоли крыла. Крыло прямоугольной формы с удлинением примерно 1,6 м и размахом около 23 м, имело многолонжеронную конструкцию. Силовые элементы крыла были изготовлены из дерева (сосна). К раме крыла крепилась обшивка из шелка, пропитанная лаком для воздухонепроницаемости. По данным Комиссии VII отдела РТО, площадь крыла составляла 372 м2 (2). По свидетельству Мясоедова, крылья были слегка выгнутые, выпуклостью вверх (по типу "чайка") (3). Несущие поверхности поддерживались стальными гибкими растяжками, соединенными с двумя мачтами на фюзеляже и со стойками шасси.

Рис. 4.3. Изображение самолета Можайского в книге "Воздухоплавание за 100 лет" (1884г.)

(1) Чертеж и описание, сделанные в "Привилегии", сделаны в 1880 году, т.е. до начала строительства самолета. Известно, что в процессе постройки Можайский вносил в конструкцию изменения.
(2) Возможно, с учетом площади горизонтального оперения. - Д.С.
(3) Следует отметить, что и в "привилегии" и на рисунке Спицина крыло изображено плоским. Причиной возможной ошибки Мясоедова могла быть кажущаяся кривизна крыла из-за неплотного прилегания обшивки (по данным опроса В. Б. тавровым М. В. Герасимова, так же очевидца постройки самолета, полотно крыльев "не имело тугой натяжки и колыхалось от ветра" [123, с. 18]).

Сзади к лодке было прикреплено хвостовое оперение в виде двух перекрещивающихся рулей - вертикального и горизонтального. Отклонение рулей осуществлялось с помощью стальных тросов и лебедок.

В корпусе лодки были установлены две паровые компаунд-машины мощностью в 10 и 20 индикаторных л.с.(1) Они работали от одного котла трубчатого типа. Котел отапливался нефтью. Имелся также воздушный конденсатор. Для уменьшения веса двигателей многие их детали были сделаны пустотелыми. В результате удельный вес паровых машин составлял всего 4,7 кг/л.с., а вместе с котлом, конденсатором и сепаратором - 5,5 кг/л.с. [5, с. 77-78 ].

Двигатель меньшей мощности был установлен в носовой части фюзеляжа и приводил во вращение передний винт, а двигатель большей мощности, расположенный в фюзеляже примерно на 1/3 длины хорды крыла, с помощью ременной передачи приводил в движение боковые пропеллеры. Четырехлопастные винты были выполнены из дерева и, по оценке В. Б. Шаврова, имели диаметр около 4 м [123, с. 19 ].

Самолет был установлен на четырехстоечном колесном шасси, которое помимо своих основных функций должно было обеспечивать устойчивость в полете ("Тележка действует как балансир или отвес", - писал конструктор [5, с.84]). Отличаясь большой нагрузкой на грунт, узкой колеей шасси и высоким расположением центра тяжести, самолет не мог разбегаться по обычному грунту из-за опасности опрокинуться или увязнуть в почве. Поэтому для разбега были изготовлены специальные деревянные рельсы [5, с. 110, 131 ].

Документов о завершающей стадии работ по самолету - испытаниях и доводке аппарата - почти не сохранилось. Известно только, что уже в 1883 г. проводились пробы винтомоторной установки [5, с. 100 ], при этом имела место сильная вибрация конструкции [31, с. 543]. В докладной записке Главного инженерного управления Военного министерства, составленной в октябре 1884 г., говорилось со ссылкой на частные источники, что самолет Можайского был "приводим в действие, взбегал вверх по наклонным рельсам, но взлететь не мог..." [31, с. 274 ].

Более многочисленны сообщения, появившиеся уже после смерти А. Ф. Можайского, в конце XIX и начале XX веков. Недостатками этих сведений является, во-первых, то, что они имеют характер воспоминаний и поэтому не могут рассматриваться как абсолютно надежные, и, во-вторых, эти сообщения противоречивы по содержанию. В большинстве из них говорится, что эксперименты были неудачны и самолет не смог подняться в воздух. Вместе с тем в Военной энциклопедии, изданной в 1916 г., написано: "...аппарат отделился от земли, но, будучи неустойчивым, накренился на бок и поломал крыло" [30, с. 377 ]. Версия о кратковременном подъеме самолета Можайского в воздух и последовавшей затем аварии содержится также в одной из газетных заметок 1909 г. [31, с. 451 ].

Упомянутые выше сообщения о том, что самолет Можайского якобы поднимался в воздух, в конце 1940-х - начале 1950-х годов попали на благодатную почву советской исторической науки "эпохи борьбы с космополитизмом" и превратились в публикации, в которых "доказывалось", что Можайский является создателем первого в мире летавшего самолета и, вообще, основоположником мировой авиации. Тогда же для большей достоверности было придумано и имя испытателя самолета (Голубев). С середины 1950-х годов развитие науки в СССР вернулось в нормальное русло, однако многие историки авиации продолжали считать, что самолет Можайского все же отделялся от земли на короткое время во время испытаний. Чтобы выяснить истину, в конце 1970-х годов в Центральном аэрогидродинамическом институте в Москве была выполнена большая экспериментальная работа - по возможности точно восстановлены весовые и геометрические параметры самолета Можайского, изготовлена продувочная модель аппарата в масштабе 1:20 и проведена серия испытаний в аэродинамической трубе. Вывод был однозначным: самолет Можайского имел втрое меньшую мощность, чем требовалось для горизонтального полета [1, с. 41-80]. Теоретически отрыв от земли был возможен только при разбеге под уклон более чем 9 градусов, однако не имеется никаких документов об использовании Можайским этого приема.

(1) Для компаунд-машины двойного расширения отношение действительной мощности (мощности на валу) к индикаторной составляет примерно 0,7 ("Hutte": Справочник. СПБ, 1897). Следовательно, общая действительная мощность обеих машин самолета равнялась 21 л.с. (что подтверждается самим изобретателем [5, с. 59]. Это обстоятельство иногда не учитывалось при оценке энерговооруженности самолета Можайского [1, с. 78-79; 123, с. 22].

В середине 1880-х годов Можайский прекратил опыты с самолетом, поняв необходимость увеличить мощность двигателей. Собственных денег конструктор уже не имел, но в 1886 г. ему удалось получить разрешение на бесплатное изготовление двух копий 20-сильной паровой машины на одном из судостроительных заводов в Петербурге. После их создания предполагалось установить на самолете не два, а три двигателя, общая мощность которых составила бы 60 л.с. [5, с. 135]. Однако эти планы не были осуществлены из-за смерти изобретателя в 1890 г. В 1891 г. самолет был убран с военного поля в Красном Селе и дальнейшая судьба его неизвестна.

Самолет А. Ф. Можайского отличался продуманной и для своего времени технически грамотной конструкцией. Он имел более рациональную конструктивно-силовую схему по сравнению с самолетом Ф. дю Тампля. К недостаткам самолета следует отнести малое удлинение несущей поверхности, форма которой была выбрана, очевидно, по аналогии с формой паруса или воздушного змея, неустойчивость при разбеге из-за малой колеи шасси, неудовлетворительный обзор с места пилота. Как показал опыт строительства в России самолета В. А. Слесарева в 1914-1917 гг., несомненные трудности были связаны с передачей мощности от двигателя к боковым винтам.

Рис. 4.4. Самолет "Эол" К.Адера

В конце XIX в. во Франции была предпринята еще одна попытка решить проблему управляемого полета самолета с паровым двигателем. Она была сделана известным инженером и изобретателем К. Адером.

Адер начал интересоваться авиацией в 1870-е годы под влиянием Ф. Надара, страстного сторонника летательных аппаратов тяжелее воздуха. Однако основные работы начались в 1880-е годы, когда изобретатель стал обладателем крупного состояния и приступил к созданию самолета ("авиона" - как называл самолет Адер).

В отличие от предшественников, Адер не занимался предварительными научными изысканиями, решив просто по возможности точно скопировать природный образец - летучую мышь (1). Трудно объяснить, почему он, будучи талантливым инженером, выбрал столь странный для конца XIX в. метод проектирования, проигнорировав научный подход по созданию самолета, характерный для работ многих пионеров авиации, в том числе и его соотечественников - Ф. Надара, А. Пенс, Ф. дю Тампля (2).

Строительство самолета, получившего обозначение "Эол", велось в секретности на собственные средства изобретателя. Отличаясь сложной конструкцией, самолет строился долго - с 1882 г. по 1890 г., и обошелся его конструктору примерно в полмиллиона франков.

В соответствии с формой летучей мыши "Эол" представлял собой моноплан -"бесхвостку" с гибким крылом криволинейных очертаний (рис. 4.4). Крыло имело кривизну вдоль хорды и вдоль размаха. Оно было покрыто шелковой материей, прикрепленной к каркасу с помощью многочисленных пуговиц. Площадь несущей поверхности составляла 28 м2, размах - 14 м. Каркас самолета был изготовлен из бамбука и также обтянут шелковой тканью. Внутри закрытого фюзеляжа размещались паровая машина, органы управления и место пилота. Обзор из кабины мог осуществляться только через боковые окна: Впереди был установлен четырехлопастный пропеллер диаметром около 2 м, также выполненный из бамбука. Лопасти имели форму птичьих перьев. Для разбега служило трехколесное шасси с хвостовым колесом, впереди имелось дополнительное противокапотажное колесо. Вес конструкции самолета составлял 175,5 кг, взлетный вес - 296 кг [132, 133 ].

Управление самолетом Адер предполагал осуществлять, изменяя форму крыла в полете. Точно копируя летучую мышь, изобретатель предусмотрел четыре вида движений крыла: изменение стреловидности, изменение размаха, изменение кривизны профиля, отклонение консолей в вертикальной плоскости. Крылья могли изменять свою форму одновременно и дифференцированно. Адер не указал, каким конкретным целям служит каждое из отмеченных движений, так как сам едва ли имел об этом четкое представление. В целом система управления представляла собой чрезвычайно сложную, но неработоспособную конструкцию (1).

(1) Интересно, что это летающее животное являлось образцом для подражания и в работах Леонардо да Винчи по авиации ("анатомируй летучую мышь и этого держись, и на основании этого построй летательный прибор"[70,с.596]).
(2) Склонность к точному копированию птиц и летающих животных проявилась у Адера еще в 1873 г. при создании привязного планера, который, помимо птицеподобной формы, был даже покрыт птичьими перьями. При создании "Эола" рядом со строящимся самолетом были расположены вольеры с птицами и летучими мышами.

Наиболее совершенным агрегатом "Эола" был двигатель. Адеру удалось создать паровую машину с удельным весом всего около 3 кг/л.с. (включая вес котла и конденсатора). Двигатель мощностью 20 л.с. с двойным расширением пара имел два цилиндра. Он был выполнен из кованой стали и, для максимального снижения веса все, что возможно, было сделано полым внутри. Водотрубный котел отапливался спиртом. Воздушный конденсатор располагался сверху над фюзеляжем. Благодаря высокому весовому совершенству силовой установки и легкости конструкции планера самолета нагрузка на мощность у "Эола" составляла всего 14,8 кг/л.с. - в 4-5 раз меньше, чем у самолетов Тампля и Можайского.

Осенью 1890 г. Адер провел летное испытание самолета. 9 октября самолет на короткое время поднялся в воздух. В незаконченном отчете об испытании, написанном, вероятно, одним из помощников конструктора, говорится: "Авион № 1 , носящий имя "Эол" и управляемый г. Адером, его изобретателем, оторвался от земли и держался в воздухе на своих крыльях, брея поверхность земли на дистанции около 50 м с помощью единственного источника - собственной силы тяги. Маневренная площадка имела в длину 200 м и в ширину 25 м на земле, утрамбованной катком" [186, сю 140 ]. Сведения об этом эксперименте содержатся также в письме Адера Ф.Надару от 12 октября 1890 г. (хранится в Национальной библиотеке в Париже): "Я наконец решил проблему после утомительной работы и больших денежных затрат. Моя законченная машина названа "Эол"; она только что сделала первый взлет со мной на борту на расстояние 50 метров; эта дистанция не могла быть больше, т. к. площадка для испытаний слишком мала" [222, с. 9 ] (2).

Таким образом, при испытании самолет Адера после разбега оторвался от земли и находился в воздухе около 5 с на высоте 0,5-1 м. Конечно, этот результат нельзя назвать полетом (учитывая неустойчивость и неуправляемость "Эола" сколь нибудь продолжительный полет на нем был вообще невозможен). Тем не менее это было знаменательное событие в истории авиации: впервые самолет осуществил взлет с горизонтальной поверхности за счет мощности собственного двигателя, без использования вспомогательных средств. Это показывает, что к последнему десятилетию XIX в. удалось преодолеть энергетический барьер в самолетостроении. Сделанный вывод подтверждается данными табл. 4.1.

В своей книге "Военная авиация" Адер пишет, что в 1891 г. "Эол" вновь поднимался в воздух. Как и в прошлый раз, самолет пилотировал сам конструктор. Испытания происходили на военном поле длиной около 800 м в Сатори. После нескольких бесплодных попыток взлета аппарат оторвался от земли и преодолел расстояние в 100 м. Адер не сумел справиться с креном, вызванным, по его мнению, реактивным моментом пропеллера, и вновь потерпел аварию [133, с. 4 ].

(1) Хотя применение крыла изменяемой геометрии в принципе позволяет создавать управляющие моменты относительно всех трех осей, на "Эоле" пилот должен был для управления перемещать не менее шести рычагов (не считая ножных педалей и органов управления двигателем), причем движение крыла осуществлялось очень медленно: для достаточно заметного его перемещения требовалось повернуть управляющую рукоятку несколько десятков раз. (2) В предисловии к [ 134] причиной кратковременности полета называется недостаточная устойчивость самолета.

В связи с тем, что помимо слов самого Адера не обнаружено никаких письменных свидетельств об этом событии, а также учитывая тенденциозное изложение Адером результатов испытаний его второго самолета "Авион-3" (см. ниже), многие историки авиации подвергают сомнениям утверждение о взлете "Эола" в 1891 г. На мой взгляд, на этот раз нет серьезных оснований не доверять словам изобретателя: Адер никогда не говорил об этом событии как о своем приоритетном достижении, сам написал о неудачном завершении полета; что касается отсутствия сообщений в печати, то это вполне объяснимо тем, что в 1891 г. работами Адера заинтересовались военные круги Франции. В надежде, что конструктору удастся создать усовершенствованный образец, который можно будет использовать в качестве разведчика и бомбардировщика, ему была выделена субсидия в 650 тысяч франков. Самолет должен был поднимать пилота и 75 кг груза, иметь скорость не менее 54 км/ч и запас топлива на 6 ч полета. Естественно, что работа по прежнему должна была вестись в секрете.

Рис. 4.5. Самолет "Авион-3"

Получив финансовую поддержку, Адер значительно расширил штат своих помощников (no-существу, это было первое в истории авиации самолетостроительное предприятие) и приступил к созданию самолета с более мощным двигателем. Работы велись в течение шести лет (1892-1897 гг.). По свидетельству конструктора: "...несколько типов паровых котлов и двигателей были исследованы и построены, равно как и несколько различных способов для создания тяги. Наконец, приступили к авиону № 2, проект которого и составление рабочих чертежей потребовали еще некоторого времени. Этот аппарат имел один орган тяги по оси. Его двигатель (мощностью 30 л.с. - Д.С.) был уже закончен и работал перед комиссией, когда по обстоятельствам, выяснившимся в процессе испытаний, и в целях скорейшего достижения практических результатов мы решили окончить постройку позднее и сделать раньше авион с двойной тягой, которому был присвоен № 3" [368, с. 167 ].

Так же как и "Эол", "Авион-3" представлял собой моноплан-"бесхвостку" с крылом, напоминавшим крыло летучей мыши. Основное отличие заключалось в замене одного двигателя двумя, каждый из которых вращал свой пропеллер. Обе паровые машины работали от одного котла. Винты диаметром 3 м были установлены вблизи передней кромки крыла. Для устранения реактивного момента в полете они вращались в разные стороны.

По сравнению с "Эолом", крыло самолета "Авион-3" имело значительно меньшую подвижность. Адер сохранил только возможность изменять стреловидность в полете, причем в отличие от "Эола" обе консоли могли перемещаться только одновременно. Был установлен также вертикальный киль, небольшой по площади. Жестко связанное с ним поворотное хвостовое колесо шасси служило для управления при движении по земле. В качестве дополнительного средства управления направлением полета могло быть использовано изменение скорости вращения одного пропеллера относительного другого. Крыло размахом 16 м при стоянке на земле могло складываться. Как и на "Эоле", летчик располагался в задней части фюзеляжа за двигателем. Кабина была сделана открытой. Из-за неудобного размещения пилот для переднего обзора должен был сильно отклоняться в бок (рис. 4.5). Взлетный вес самолета составлял 400 кг, площадь крыла - 56 м2 [186, с. 140].

Из-за ограниченной подвижности крыла конструкция самолета "Авион-3" была проще "Эола", а высокая энерговооруженность обеспечивала возможность подъема в воздух. Однако в целом "Авион-3" оставался таким же не пригодным для полетов аппаратом, как и его предшественник. Вопросы обеспечения устойчивости и управляемости по-прежнему не были решены. Так, например, изменение стреловидности крыла не могло быть использовано для продольного управления из-за чрезвычайно замедленного перемещения: движение осуществлялось с помощью винтовой передачи, и требовалось 20-30 поворотов винта для заметного отклонения крыльев. Руль направления хотя и мог отклоняться достаточно быстро (он управлялся педалями), но, имея малую площадь, был неэффективен в полете. Из-за отсутствия горизонтального оперения и рудиментарного вертикального стабилизатора крыла самолет не обладал собственной устойчивостью.

С современных позиций указанные недостатки очевидны. Однако выводы, сделанные специальной комиссией при осмотре "Авиона-3", были иные: самолет был признан пригодным для летных испытаний. Осенью 1897 г. на военном поле в Сатори была подготовлена круговая дорожка длиной 1500 м и шириной 40 м для разбега самолета. В случае успешного испытания Адер планировал перелететь на самолете из Сатори в Венсен.

При первом испытании, состоявшемся 12 октября, К. Адер должен был совершить пробег по кругу без попытки взлета, чтобы приобрести навык в управлении. Испытания проходили в безветренную погоду, но на непросохшем после дождя поле. Машина благополучно пробежала круг со средней скоростью 18-24 км/ч. В отчете об этом испытании указывалось, что даже на мягкой почве следы от колес были заметны не очень отчетливо, следовательно, часть веса самолета поддерживалась крыльями [186, с. 141 ]. Учитывая, что Адер использовал только незначительную часть мощности двигателей, шансы на успешный полет казались весьма высокими.

Попытка полета была предпринята два дня спустя, 14 октября 1897 г. В официальном отчете, подготовленном очевидцем события, председателем приемной комиссии генералом Менсье, говорится:

"При старте, который имел место в 5 ч. 15 мин. после полудня, аппарат, имея ветер в спину, бежал надлежащим образом со скоростью, которая казалась вполне установившейся; однако в дальнейшем легко было установить по следам колес, что задняя часть аппарата часто приподнималась и что заднее колесо, являющееся рулем, не все время катилось по земле. Когда аппарат подошел к точке В (в этой точке круга ветер дул сбоку. - Д.С.), два члена комиссии увидели, что он внезапно сошел с трека, повернулся на пол-оборота, накренился и, наконец, остановился... Председатель комиссии пришел к следующему заключению: г. Адер был увлечен порывом ветра, чего он опасался еще до старта. Чувствуя, что его сносит с трека, он хотел выправить машину рулем, но в этот момент заднее колесо не находилось в контакте с почвой и не функционировало; полотняный руль, предназначенный для маневрирования аппаратом в воздухе, имел недостаточную эффективность до взлета. Безусловно, можно было подействовать (на самолет. - Д.С.), придав пропеллерам различные скорости, но г. Адер, не обладая еще достаточным опытом, не подумал об этом. Более того, его так быстро сносило с трека, что во избежание более опасной ситуации он решил выключить двигатели. Эта внезапная остановка вызвала поворот машины и почти опрокинула ее" (1). [186, с. 141 ].

Данный документ свидетельствует о том, что "Авион-3" ни разу не отрывался от земли. Тем не менее в своей книге "Военная авиация" К. Адер утверждал, что во время испытаний 12 октября самолет несколько раз приподнимался в воздух, а 14 октября совершил полет длиной около 300 м [133, с. VII]. Это заявление многими безоговорочно было принято за истину [168; 356, с. 29-35; 17, с. 65 ]. Однако детальное изучение вопроса [185; 222] показывает, что утверждение о полетах самолета "Авион-3" не соответствует действительности и вызвано, по всей вероятности, чрезмерным честолюбием изобретателя (2).

Во время испытаний 14 октября 1897 г. "Авион-3" получил значительные повреждения: были сломаны оба винта, повреждены крыло и шасси. Как следует из отчета, на результаты испытания повлиял ряд субъективных факторов: порывистый боковой ветер, неопытность конструктора как пилота. К этому можно добавить неудачный выбор формы взлетной полосы, вызывавший постоянное изменение сил, действующих на самолет при разбеге во время ветра. Однако даже в том случае, если бы условия испытаний были идеальны, эксперимент все равно бы закончился аварией: неустойчивый и неуправляемый самолет мог держаться в воздухе только считанные мгновения.

Дальнейших экспериментов не проводилось. Не строились и другие самолеты, спроектированные К. Адером: скоростной разведчик с бензиновым двигателем" Ави-он-4", двухмоторный бомбардировщик "Авион-5" и еще целый ряд запланированных конструктором военных машин [133]. После аварии Военное министерство потеряло интерес к Адеру и прекратило финансировать его работы. Создание военной авиации откладывалось более, чем на 10 лет.

Трудно дать однозначную оценку деятельности К. Адера в области самолетостроения. Будучи талантливым инженером, он создал превосходные образцы парового авиационного двигателя и был первым, кто сумел преодолеть энергетический барьер на пути создания самолета. Однако в конструктивном отношении его самолеты были очень несовершенны и значительно уступали аппаратам других самолетостроителей XIX в. Причиной этого было необъяснимое невнимание Адера к уже накопленному к тому времени опыту в области проектирования самолетов. Из-за ошибочности выбранного им метода (копирование летающих животных) конструктор не сумел использовать имевшиеся в его распоряжении возможности - финансовую поддержку, наличие легкого двигателя, незаурядные инженерные способности - и создал две курьезные машины, сложные и дорогостоящие, но абсолютно неспособные к настоящему полету. За исключением конструкции двигателя его самолеты не содержали прогрессивных технических решений (1), обладая в то же время большим числом недостатков: неустойчивостью и неуправляемостью, низким аэродинамическим совершенством из-за большого лобового сопротивления и плохих несущих свойств "сводчатого" крыла, малым КПД винтов, неудовлетворительным обзором с места пилота. С. Ленгли, посетивший К. Адера в 1899 г., писал: "Авион-3" больше похож на творение чудака-натуралиста, чем на результат деятельности инженера" [353, с. 4-5].

(1) Часть ответа, объясняющая причины аварии, написана, по-видимому, со слов самого К. Адера.
(2) Характерно, что до полетов братьев Райт и Сантос-Дюмона К. Адер ни разу не упоминал о его якобы успешном полете на самолете в 1897 г.

Рис. 4.6. Самолет Х.Максима, (архив аэрокосмичееского музея, Вашингтон)

Одновременно с К. Адером над решением проблемы полета самолета с паровым двигателем работал английский изобретатель и инженер X. Максим. В отличие от своего французского коллеги X. Максим считал бесперспективным копирование объектов живой природы и вел работы на строго научной основе. Прежде чем приступить к строительству самолета, он провел эксперименты на ротативной установке и в аэродинамической трубе собственной конструкции, а также на специальном приборе для измерения тяги винтов [304, с. 33-72]. В результате был накоплен определенный опыт в выборе формы винтов и несущих поверхностей. В частности, X. Максим одним из первых обосновал выгодность применения искривленного профиля крыла, указал на появление дополнительного сопротивления при обтекании близко расположенных друг к другу тел (сопротивление интерференции), разработал воздушные винты с высоким для тех лет КПД - 0,6.

(1) Иногда предусмотренный на "Эоле" дифференциальный поворот консолей крыла в вертикальной плоскости отождествляют с перекашиванием (при описании этого движения Адер употребил слово "gauchir" [134, с. 105], которое впоследствии стало применяться во французском языке для обозначения перекашивания крыла, примененного братьями Райт), на основе чего делается вывод о том, что Адеру принадлежит приоритет в этом изобретении [86; 317, с. 45]. Однако, как показал М. А. Левин [69, с. 82-83], это не так. Несмотря на то, что в принципе такой усложненный способ поперечного управления возможен (при стреловидном крыле), Адер в своем патенте [134] не упоминает об этом, не видя необходимости изменять Мх в полете. Характерно, что на "Авионе-3" не предусматривалось поворота крыльев в вертикальной плоскости.

Получив достаточное, с его точки зрения, количество экспериментальных данных, X. Максим в 1891 г. приступил к строительству самолета. В 1892 г. он был в основном готов, однако доработка конструкции велась вплоть до 1894 г. Работу финансировала Лондонская компания по производству оружия [305, 306 ].

Самолет X. Максима отличался от всех построенных ранее как по схеме, так и по размерам. Это был расчалочный биплан, снабженный двумя рулями высоты - впереди и позади крыльев (рис. 4.6). Вертикальное оперение отсутствовало. Взлетный вес самолета превышал 3,5 т, общая площадь горизонтальных поверхностей составляла 372м2 (1).

Крыло состояло из восьмиугольного центроплана и консолей прямоугольной формы с удлинением около 5. Профилированные нервюры обеспечивали различную кривизну верхней и нижней поверхностей. Относительная толщина профиля равнялась примерно 2%, установочный угол крыла - 7°. Силовые элементы крыла были изготовлены из стали и дерева, обтяжка - из полотна.

Под крылом имелась прямоугольная платформа длиной 12 м и шириной 2,4 м, собранная из стальных труб. На ней размещались два паровых двигателя, котел, конденсатор, а также места для экипажа самолета. Двигатели типа "компаунд" имели мощность по 180 л.с. (при р макс = 21,7 атм). Они были изготовлены из высококачественной стали, коленчатые валы и некоторые другие детали были пустотелые. Удельный вес двигателей составлял всего 1,2 кг/л.с. Котел трубчатого типа отапливался нефтью. Весьма остроумно была решена конструкция воздушного конденсатора - трубки для конденсации пара имели форму аэродинамического профиля (напоминавшие профили, разработанные в 1880-е годы Г. Филлипсом). Благодаря этому вес агрегата частично компенсировался развиваемой им подъемной силой. Общий вес силовой установки составлял около 1 т, удельный - 3,1 кг/л.с.

Двигатели приводили во вращение два деревянных двухлопастных винта диаметром 5,4 м. В отличие от построенных ранее самолетов, на самолете X. Максима винты были размещены за крылом. Это, как считал конструктор, повышало КПД пропеллера (2).

Как отмечалось, для управления самолетом в вертикальной плоскости Максим применил два руля высоты - впереди и позади крыла. В настоящее время аналогичный способ управления получает развитие на маневренных самолетах для непосредственного управления подъемной силой (маневр в вертикальной плоскости без изменения угла тангажа), однако в начальный период развития самолетов эта идея являлась неоправданной, так как только усложняла пилотирование. Управление направлением полета предполагалось осуществлять за счет изменения скорости вращения одного винта относительного другого. Устойчивость в воздухе должна была обеспечиваться низким расположением центра тяжести и поперечным V консолей крыла. Самолет имел четырехколесное шасси.

(1) Предусматривалась возможность установки дополнительно трех несущих поверхностей между верхним и нижним крыльями. В этом случае общая площадь составила бы 557 м2 [304, с. 138]. Однако этот замысел остался нереализованным.
(2) В действительности КПД тянущего и толкающего винтов практически равны.

Основные отличительные особенности самолета X. Максима заключались в аэродинамической схеме и необычно больших размерах аппарата. Выбор схемы полиплан, по-видимому, был сделан под влиянием опытов Г. Филлипса с решетчатым крылом в начале 1890-х годов (первоначально Максим предполагал построить моноплан [303 ], Большие размеры самолета были обусловлены тем, что Максим строил аппарат под уже имевшиеся у него паровые машины большой мощности, которые он спроектировал в 1889 г. [302 ].

Для предварительных испытаний был продолжен рельсовый путь длиной 600 м, на конце которого установили упор из натянутых канатов. Для того чтобы ограничить высоту подъема, был сделан специальный ограничитель на высоте 0,6 м над рельсами, по которому в случае отрыва от земли должны были катиться небольшие дополнительные колесики, закрепленные на самолете.

Для опробывания самолета X. Максим пригласил из Франции спортсмена и механика де Ламбера, имевшего опыт испытаний моторных лодок на подводных крыльях и полетов на аэростатах. После неоднократных предварительных проб (1892-1894гг.), во время которых сила двигателей использовалась лишь частично, было решено испытать самолет при полной мощности. Это испытание состоялось 31 июля 1894 г. По словам X. Максима:

"...первая часть пути была с легким подъемом, но машина совершенно поднялась с нижних рельсов, а все верхние колеса коснулись своих рельсов (ограничителей. -Д.С.), когда прошли около 600 фт. Скорость быстро возрастала, и, когда прошли 900 фт., одна из задних осей, которые были из двухдюймовых трубок, согнулась... Задняя часть машины, лишившись опоры, сильно поднялась над колеей и изогнулась. Приблизительно к концу 1000 фт. также отошло от верхней колеи и левое переднее колесо; вскоре правое колесо оторвало около 100 фт. верхней колеи. Пар тотчас же закрыли, и машина упала прямо на землю, причем колеса ее врезались в мягкую почву, не оставив на ней никаких других следов; это, несомненно, доказывает, что машина полностью висела в воздухе прежде, чем упасть на землю.

При этой аварии одна из сосновых досок, из которых состояла верхняя колея, прошила насквозь нижний остов машины и сломала несколько трубок, но механизмы не пострадали, за исключением небольшого повреждения одного из винтов [304, с.140-141].

По оценке X. Максима во время этих испытаний была достигнута подъемная сила в 5000 кг [304, с. 143].

Несколько по другому описывается авария в мемуарах ассистента X. Максима Э.Хьюитта. По его словам, самолет сошел с ограничительных рельсов из-за порыва ветра. Хьюитт считал, что если бы двигатель в этот момент не был остановлен, аппарат мог совершить первый в истории авиации полет [240, с. 121 ]. Учитывая несовершенство системы управления и отсутствие опыта пилотирования у испытателей, нельзя согласиться с этим предположением.

Несмотря на сравнительно небольшие повреждения самолета, дальнейшие опыты были прекращены. Почему же Максим, затратив много времени и большие средства (20 000 фн. ст.), удовлетворился столь скромным результатом - констатацией факта, что подъемная сила, развиваемая самолетом, превышает его вес, и не предпринял попытку полета? По мнению Ч. Гиббс-Смита, изобретатель мало интересовался проблемой практического полета и не стремился построить аппарат для перемещения по воздуху, его машина являлась всего лишь своеобразным экспериментальным стендом для определения подъемной силы [218, с. 25]. Однако этому противоречит программа опытов с самолетом [173, с. 238-241 ], согласно которой после наземных проб должны были состояться испытания в полете.

Следует также отметить, что если бы единственной целью конструктора было определение подъемной силы аппарата во время пробежек по рельсам, то не было бы необходимости снабжать самолет органами управления и средствами обеспечения поперечной устойчивости. Более того, известно, что конструктор работал над созданием гироскопического устройства для обеспечения автоматической устойчивости аппарата в полете [304, с. 91-93 ].

Действительная причина прекращения работ на стадии предварительных испытаний заключалась в том, что после аварии в 1894 г. Максим понял, что его гигантская машина неспособна к управляемым полетам. Требовалось создать принципиально новый самолет, но денег на это уже не было - никто не хотел финансировать неудачника (1).

Результаты деятельности Х.Максима еще раз подтвердили, что к концу XIX в. энергетической проблемы создания самолета уже не существовало. Располагаемая перегрузка самолета Максима составляла примерно 1,5, что было достаточно не только для горизонтального полета, но и для полета с набором высоты и выполнения некоторых маневров. Этому помимо малого удельного веса двигателей способствовали совершенная для своего времени форма крыла и высокое КПД винтов . (2)

Аэродинамическое качество самолета могло быть выше, если бы Максим уделил внимание снижению лобового сопротивления частей самолета. Из-за большого числа растяжек и открытого расположения агрегатов силовой установки на фюзеляже-платформе аэродинамическое сопротивление оказалось значительно больше, чем ожидал конструктор, и на его преодоление даже при сравнительно небольшой скорости (60 км/ч) требовалось около четверти всей мощности двигателей [304, с. 147 ].

В то же время вопросы устойчивости и управляемости самолета оставались по-прежнему нерешенными. Правда, по сравнению с К.Адером Х.Максим предпринял меры по обеспечению поперечной устойчивости в полете (поперечное V крыла). Однако неэффективность системы управления и отсутствие средств продольной и путевой стабилизации делали полет невозможным.

Последняя попытка создания самолета с паровым двигателем относится к началу XX в. В 1902 г. Л.Харгрейв в Австралии начал строительство машины, которая должна была взлетать с воды. Гидросамолет должен был иметь один главный и два вспомогательных поплавка, два тандемно расположенных трипланных крыла, впереди которых предполагалось установить руль высоты. Четырехлопастный пропеллер весьма несовершенной формы был размещен впереди основного (переднего) крыла. Расчетный взлетный вес аппарата - 215 кг. Из-за отсутствия приемлемого по характеристиками двигателя сборка самолета не была завершена. [352, с. 116-122 ].

(1) Максим предполагал установить на новом самолете бензиновый двигатель: паровая машина имела слишком большой расход воды при работе на полной мощности. Дело ограничивалось изготовлением коленчатого вала для будущего двигателя [305].
(2) Х.Максим был первым, кто воплотил в самолетостроении данные экспериментальной аэродинамики о преимуществах крыла неплоского профиля и большого удлинения. Правда, и до него на некоторых летательных аппаратах применялось удлиненное крыло с вогнутым профилем (планеры Ле Бри, А.Гупиля, самолет К.Адера). Однако эти аппараты создавались как увеличенные копии летающих животных и форма профиля крыла была выбрана просто по аналогии с крылом прототипа - птицы (Ле Бри, Гупиль) и летучей мыши (Адер).

Наряду с серьезными попытками создать самолет, случались и авантюрные затеи заработать на общественном интересе к авиации. Об одном из таких случаев рассказано в журнале "Wide World Magazine" [154]. В1895 г. в Сиднее (Австралия) человек, выдававший себя за талантливого конструктора,, обратился с призывом помочь ему закончить постройку самолета, на котором будет установлен изобретенный им авиационный двигатель. Работы велись в секрете на средства доверчивых горожан. Наконец был назначен день испытаний, пришли тысячи жителей Сиднея. Самолет должен был разбежаться по склону в сторону океана и совершить полет над заливом. К всеобщему разочарованию, аппарат, пробежав некоторое расстояние по наклонным рельсам, камнем упал на землю. Разочарование сменилось возмущением, когда все увидели, что "летательная машина" являет собой крайне примитивную конструкцию, а ее двигатель - это обычная железная бочка, наполненная дымящейся травой для имитации работающего мотора. "Конструктора" около останков "самолета" не оказалось - он сбежал, прихватив с собой выделенные ему для работ деньги.

Итак, ни одна из предпринятых в XIX в. попыток полета на самолете не увенчалась успехом (1).

Систематические неудачи, казалось бы, доказывали преждевременность создания самолета и должны были привести к прекращению работ в этой области. Однако на рубеже XIX и XX вв. появился ряд новых предпосылок для развития самолетостроения. Одной из важнейших было создание компактного, удобного в эксплуатации и достаточно надежного для практического использования бензинового двигателя внутреннего сгорания.

Первые самолеты с двигателем внутреннего сгорания

Идея применения двигателя внутреннего сгорания на самолете зародилась еще в начале XIX в. Мысль об использовании газового двигателя встречается в проекте Ф. дю Тампля, А.Пено, А.Ф.Можайского. Но только после того, как громоздкая газовая машина была заменена удобным для применения на транспорте бензиновым ДВС появилась реальная возможность создания летательных аппаратов с новым типом силовой установки. В 1890 г. в России В.К.Герман разработал проект самолетного карбюраторного ДВС [116, ф. 802, оп. 3, д.158]. На перспективность применения бензинового двигателя на самолете указывал также К.Э.Циолковский [119].

Первый самолет с ДВС был построен в 1899 г. Трудно, однако, назвать появление этой машины серьезной попыткой решить проблему динамического полета. Создатель самолета, венгр Э.Немети, пошел простейшим путем: он натянул над колесной тележкой горизонтальную поверхность в форме воздушного змея, а на тележке установил маленький бензиновый двигатель мощностью 0,75 л.с. с тянущим пропеллером и сидение для человека. За крылом имелась небольшая горизонтальная поверхность для изменения высоты полета, руль направления был расположен почему-то перед крылом [208 ]. Как и следовало ожидать, самолет не взлетел.

(1) Несколько слов о вымышленных самолетах с паровым двигателем и о вымышленных полетах на них: Это: а) самолет Л.Гильмора, золотоискателя из Калифорнии, на котором в 1902 г. он якобы пролетел более 4 миль [344]; б) самолет Г.Уайтхеда и Д.Дарварича из Питтсбурга (США), в 1899 г. будто бы поднявшийся на высоту около 7 м с обоими конструкторами на борту и потерпевший аварию из-за столкновения с домом [324]. Необоснованность этих сообщений полностью доказана: не обнаружено ни одного факта существования вышеназванных самолетов [367; 183, с. 120].

В 1903 г. Немети сконструировал новую "летательную машину", на этот раз с двигателем в 2 л .с. [316 ]. Однако шансов на успех у него по-прежнему не было - из-за несовершенства формы крыла и неустойчивости аппарата полет на нем был бы не возможен, даже если мощность двигателя увеличили бы в 10 раз.

Более продуманно подошел к созданию самолета В.Кресс, переехавший в 1860-е годы из России в Австро-Венгрию. Как известно, Кресс начал свою деятельность в авиации с постройки летающих моделей.

Идея постройки самолета зародилась у Кресса еще в 1879 г. Аппарат, названный им "Аэровелос", должен был взлетать и с суши, и с воды. Обосновывая это, В.Кресс писал: "Аэровелос, установленный на колеса, может гораздо быстрее получить необходимую скорость и, тем самым, подъемную силу, особенно если он разбегается по наклонной плоскости. Но управлять "Аэровелосом" должен очень опытный пилот. Необходимые упражнения можно делать только на озере или море, так как там имеется достаточно свободной поверхности, на которой можно беспрепятственно двигаться в любом направлении, выбирая встречный воздушный поток, и не бояться удариться о дерево или холм" [262].

Два десятилетия спустя, когда в результате прогресса науки и техники появились новые перспективы создания самолета, Кресс решил приступить к воплощению своей идеи. В 1898 г. на общественных началах был организован "Комитет Кресса", которому удалось собрать 40 тысяч австрийских крон на строительство самолета. К середине 1899 г. сборка аппарата была завершена, оставалось только установить двигатель. Кресс осознавал преимущества бензинового двигателя. Однако, как выяснилось, удельный вес существовавших автомобильных двигателей внутреннего сгорания намного превосходил тот, который, по оценке конструктора, был необходим для подъема самолета в воздух - 5 кг/л.с. Попытки заказать изготовление специального легкого авиационного ДВС не увенчались успехом и в конце 1900 г. Кресс был вынужден установить на самолете обычный автомобильный двигатель, развивавший при весе 200 кг мощность 7-9 л.с.

Построенный самолет не был похож ни на один из созданных ранее (рис. 4.7). Отличия заключались и в типе двигателя, и в аэродинамической схеме, и в возможности разбега и посадки на воду. Аппарат Кресса представлял собой поплавковый самолет-амфибию (1) с тремя крыльями, расположенными одно за другим с небольшим разносом по высоте. Поплавки были выполнены из алюминия. Ферменный фюзеляж из стальных труб имел полотняную обшивку. Его плоская носовая часть, так же как и крылья, должна была создавать подъемную силу. В фюзеляже размещались двигатель, вращавший с помощью цепной передачи два двухлопастных пропеллера. Крылья с удлинением около 5 имели изогнутый профиль, деревянные нервюры были обтянуты аэростатной материей. Задняя кромка винтов и крыльев была сделана гибкой, благодаря чему Кресс рассчитывал на автоматическую регулировку тяги и подъемной силы на различных режимах полета. Размах крыльев составлял от 11 до 13м, общая площадь - 94 м . Органы управления представляли собой горизонтальный и два вертикальных руля. Меньший из вертикальных рулей служил для управления при разбеге. Впервые на самолете все управляющие поверхности могли отклоняться одним рычагом, причем их движение могло происходить одновременно. Для большей прочности конструкции имелись проволочные растяжки. Вес планера составлял 370 кг, взлетный вес самолета - 650 кг [246, с. 50-53 ].

(1) Помимо взлета с воды предусматривалась возможность старта со снега или льда.

Рис. 4.7. Гидросамолет В.Кресса

Выбор схемы "тандем" был сделан Крессом под влиянием успешных испытаний им резиномоторной модели данной компоновки (1892 г.). Конструктор справедливо отмечал, что хорошая продольная устойчивость при размещении крыльев в ряд объясняется сравнительно небольшим перемещением центра давления относительно центра тяжести при изменении угла атаки [264, с. 52 ]. Применение на самолете крыла с кривизной профиля 1 /12 по всей вероятности было обусловлено влиянием работ О.Лилиенталя, считавшего такую кривизну наивыгоднейшей (известно, что в 1896 г. Кресс встречался в Лилиенталем [266, с. 45 ]).

Явно недостаточная мощность двигателя не позволяла надеяться на полет, поэтому Кресс решил пока ограничиться испытанием самолета на воде. Целью этих экспериментов, проводившихся с ноября 1900 г. на Тульнербахерском озере вблизи Вены, было приобретение начального опыта управления и оценка надежности работы силовой установки.

В начале 1901 г. Кресс получил благодаря пожертвованиям частных лиц (в том числе императора Австро-Венгрии Франца-Иосифа) сумму, достаточную для приобретения нового, более совершенного двигателя. Летом 1901 г. по его заказу немецкая фирма Даймлер изготовила двигатель мощностью 30 л.с. Однако вес двигателя оказался значительно больше, чем было оговорено заказчиком (его удельный вес составлял 13 кг/л.с. вместо запланированных 7 кг/л.с.). В результате самолет с новым двигателем оказался перетяжеленным на 140 кг и его взлетный вес достиг 850 кг. Кроме того, из-за большого веса двигателя нарушилась центровка самолета. По указанным причинам Кресс был вынужден вновь отказаться от попытки взлета. Тем не менее он решил продолжить испытания самолета на воде, рассчитывая в следующем, 1902 г., увеличить несущую поверхность аппарата для компенсации излишков веса двигателя.

Перегруженный и ставший малоустойчивым, 3 октября 1901 г. во время очередной пробежки на озере самолет опрокинулся и ушел под воду. Авария произошла во время попытки выполнить поворот на большой скорости (маневр был предпринят во избежание столкновения с каменной стеной плотины). Крен аппарата в этот момент усугубил боковой порыв ветра [263 ]. Кресс, несмотря на преклонный возраст лично управлявший самолетом, остался невредимым и был доставлен на берег подошедшей лодкой, но самолет во время работ по извлечению его из ила с глубины 7 м получил большие повреждения. Пригодным для использования оставался только двигатель.

Зимой 1901-1902 гг. Кресс начал перестройку разрушенного самолета. Новый вариант должен был иметь большие размеры, вместо трех решено было установить четыре крыла. Корпус получил плоское днище - специально для опытов на мелководье (1).

Для лучшей устойчивости двигатель решено было установить ниже, чем на первом самолете [264, с. 60 ].

Из-за отсутствия средств В.Крессу не удалось завершить строительство нового аппарата. После неудачи в октябре 1901 г. конструктору перестали оказывать финансовую помощь. Летом 1902 г. работы были прекращены.

Таким образом, деятельность В.Кресса не увенчалась успехом, из-за большого веса имевшихся в те годы ДВС не было сделано даже попытки взлета . Тем не менее работы по созданию первого гидросамолета и первого самолета с ДВС представляют исторический интерес.

Давая общую оценку самолету В.Кресса, следует отметить, что несмотря на ряд технических решений, впервые примененных в самолетостроении (схема "тандем", поплавки для взлета и посадки, однорычажная система управления), в целом этот летательный аппарат являлся весьма несовершенной конструкцией. В результате недостаточной устойчивости и управляемости, неэффективности винтов и крыльев с гибкой кромкой и других дефектов полет самолета был невозможен даже в том случае, если бы в распоряжении конструктора имелся достаточно легкий двигатель.

К числу построенных, но не испытывавшихся в полете самолетов с ДВС относится также летательный аппарат Е.С.Федорова, одного из активнейших членов воздухоплавательного отдела РТО в 90-е годы XIX в. Выбор схемы (пятиплан со ступенчатым расположением поверхностей) был сделан под влиянием успешных полетов модели планера-"тандема" В.К.Германа [31, с. 549] и исследования Д.К.Чернова [121 ], в котором на основе теоретических изысканий делался вывод о преимуществах полипланового крыла с диагональным расположением элементов.

Для демпфирования порывов ветра в полете Е.С.Федоров решил применить пружинное крепление крыльев. В проекте самолета, составленном в середине 1890-х годов, он писал:

"Перья (полукрылья. -Д.С.) представляют собой вогнутые поверхности с лобовым жестким стержнем, поставленным перпендикулярно к основной балке; они могут вращаться около передней оси и таким образом изменяют свой наклон к горизонту; этому вращению препятствуют пружины, которые уступают лишь при известном давлении, заранее подсчитанном; этим приспособлением достигается то, что момент сопротивления воздуха, действующий на перо, уравновешивается моментом пружины и таким путем давление воздуха на перо остается почти постоянным и соответствует подъемной силе, требуемой от аэроплана. При данной скорости ветра и при данном натяжении пружины требуемая подъемная сила получится однако лишь при некотором вполне определенном угле наклона пера; для того же, чтобы поддерживать ту же подъемную силу при других углах наклона, необходимо иметь возможность изменить натяжение пружины. С этой целью от перьев в каретку тележку шасси. -Д.С.) проведены особые тяги, с помощью которых воздухоплаватель, соображаясь с силой ветра, может по желанию ослабить или натянуть пружины, соответственно с этим изменить ее момент, а вместе с тем и подъемную силу аэроплана.

(1) В.Кресс предполагал продолжить испытания на Нейзидельском озере, имевшем глубину всего 0,5 м2. В некоторых работах (например, [49, с. 220-221]) говорится, что самолет Кресса потерпел аварию во время взлета. Однако сам Кресс неоднократно подчеркивал, что ни разу не пытался подняться в воздух [64; 263; 264].

Проектируемый аэроплан будет обладать следующими свойствами: при случайных колебаниях силы ветра перья, подчиняясь им автоматически, будут изменять свой угол наклона, причем, однако, подъемная сила сохранит почти постоянную величину, т.к. при этом момент пружин изменяться не будет; в случае же изменения средней скорости ветра воздухоплаватель имеет возможность поддерживать желаемую величину подъемной силы при помощи вышеуказанных тяг" [10, оп. 2, д.113, л.19-20].

Самолет строился в Петербурге на личные средства Е.С.Федорова в течение многих лет (по данным В.Б.Шаврова [123, с. 29 ], с 1896 по 1903 гг.). Сохранившаяся фотография (рис. 4.8) [10, оп. 2, д. 198] показывает, что он представлял собой полиплан со ступенчатым расположением крыльев, без хвостового оперения. Под наклонно расположенной балкой, к которой шарнирно крепились крылья, имелась колесная тележка с местом для пилота. Перед пилотом был размещен двигатель, вращавший тянущий винт. По сведениям В.Б.Шаврова, общая площадь крыльев равнялась 26 м2, размах - 6,5 м, удлинение - 8 (1). Мощность двигателя - 10 л.с. [123, с. 29 ]. Управление самолетом должно было осуществляться с помощью изменения наклона крыльев и вертикального руля; рассматривался также вариант управления без руля направления, в этом случае повороты предполагалось осуществлять дифференциальным изменением наклона левых или правых консолей крыла [10, оп. 2, д.113,л.26].

Рис. 4.8. Самолет Е.С.Федорова (архив Российской Академии наук)

До стадии полетов самолет Е.С.Федорову довести не удалось. По словам двоюродного брата конструктора В.Н.Золотавина, при попытках взлета несколько раз ломалась какая-либо деталь [34,с. 1383]. Испытывалась лишь привязанная модель аппарата, с Sкр =4м2

(1) Согласно первоначальному проекту самолет рассчитывался на подъем не одного, а двух человек, и должен был иметь большие размеры: Sкр- 40 м , lкр. - 10м, а - 12,5. Vрасч. - 40 км/ч [10,оп.2,д. 113].

В конструктивном отношении самолет Е. С. Федорова, построенный, как и самолеты К. Адера, без сколь-либо серьезных предварительных опытов, являлся непрактичным аппаратом. Идея обеспечения устойчивости и управляемости с помощью пружинной подвески крыльев и изменения угла их наклона в полете оказалась трудноосуществимой и не нашла применения в самолетостроении. Также не получили распространения и самолеты с большим числом крыльев.

По имеющимся в настоящее время сведениям, первые попытки полета на самолете с ДВС были предприняты в 1903 г. Л. Левавассером во Франции, К. Ято в Германии и С. Ленгли в США. Однако прежде чем перейти к рассмотрению этих попыток, следует проанализировать встречающиеся иногда утверждения, что самолет с ДВС впервые был испытан в 1901 г. и, более того, что испытания были успешны [342; 384, с. 995-1001; 324. ]. Конструктором самолета был Г. Уайтхед, немец по происхождению (в Германии его фамилия была Вайскопф), с 1895 г. работавший в США.

Впервые сведения о самолете Уайтхеда (конструктор присвоил ему № 21) появились в июне 1901 г. в журнале "Scientific American" [152]. Это был расчалочный моноплан, напоминавший по форме птицу с распростертыми крыльями (рис. 4.9) Крыло криволинейных очертаний состояло из радиально расходящихся бамбуковых стержней, обтянутых полотном; по форме и конструкции оно весьма напоминало несущую поверхность планеров О. Лилиенталя (1). Расположенный позади горизонтальный стабилизатор треугольной формы имел аналогичную конструкцию. Общая площадь крыла и оперения составляла 42 м2. Горизонтальные поверхности поддерживались системой проволочных растяжек, крепившихся (по аналогии с кораблем) к мачте и бушприту. Фюзеляж в форме лодки был изготовлен из деревянных реек, покрытых обшивкой.

Рис. 4.9. Самолет г.Уайтхеда № 21

На самолете имелись два газовых (ацетиленовых) двигателя: один - мощностью 10 л. с. - имел привод на колеса шасси и служил для движения по земле, другой - в два раза мощней - приводил во вращение два двухлопастных пропеллера, расположенных впереди крыла. Цельноповоротное горизонтальное оперение служило для управления высотой полета. Изменение направления полета должно было осуществляться с помощью изменения числа оборотов одного из пропеллеров. Самолет был установлен на четырехколесном шасси. Диаметр колес был всего 0,3.м. Передние колеса были связаны с двигателем, задние (поворотные) - служили для управления при движении по земле.

(1) По словам Г. Уайтхеда, он был лично знаком с О. Лилиенталем. В 1897 г. Уайтхед в Бостоне построил планер лилиенталевского типа. Испытания его были неуспешны [183,с. 118].

По сведениям автора статьи в "Scientific American" вес самолета (без летчика) составлял 70 кг, при этом оба двигателя весили всего 27 кг. Достоверность этих данных весьма сомнительна: добиться такого весового совершенства в те годы было практически невозможно.

18 августа 1901 г. в одной из газет города Бриджпорта (штат Коннектикут), где жил и работал Уайтхед, появилось сообщение, в котором утверждалось, что репортер газеты и еще два очевидца были свидетелями успешного полета этого самолета [244 ]. В статье говорилось, что полет состоялся ночью 14 августа. При испытании аппарат стартовал со склона холма. Самолет, пилотируемый Уайтхедом, преодолел по воздуху расстояние в 1/2 мили (800 м) и благополучно приземлился (1).

Еще более удивительное сообщение появилось в начале 1902 г. [374 ]. В письме, присланном в редакцию, Уайтхед утверждал, что после ряда усовершенствований, главным из которых являлась замена газовых двигателей керосиновыми мощностью 40 л. с., 17 января 1902 г. на самолете (получившем обозначение № 22) было осуществлено два успешных полета: один - дальностью две мили, другой - семь миль на высоте 60 м. Во время полетов развороты выполнялись в горизонтальной плоскости, в обоих случаях посадка осуществлялась на воду.

Основываясь на данных сообщениях и на нескольких заявлениях, сделанных уже в 1930-е годы лицами, якобы являвшимися очевидцами описанных событий (сам конструктор скончался в 1927 г.), некоторые авторы стали считать Уайтхеда создателем самолетов, совершивших: а) первый продолжительный полет; б) первый полет по кругу; в) первую посадку на воду; г) первый полет с пассажиром [342; 384, с.995-1001 ]. Такая точка зрения встречается и в наши дни [54; 324 ].

Однако большинство серьезных историков авиации считают вымыслом сведения о якобы успешных полетах самолетов Уайтхеда в 1901-1902 гг. При этом приводятся следующие доводы [183, с. 120-126; 187, с. 109; 218, с. 207-208; 379, с. 225-226]:

• а) отсутствуют надежные доказательства полета - нет фотографий самолета в полете, показания "свидетелей" крайне противоречивы (один из двух очевидцев, названных в "Bridgeport Sundey Herald" от 18 августа 1901 г., публично отказался подтвердить факт полета), люди, близко знавшие изобретателя, ни разу не слышали от него о полетах в 1901-1902 гг.;
• б) по свидетельству одного из пионеров американского самолетостроения, Ч.Менли, видевшего самолет Уайтхеда № 21, его конструкция была очень непрочна и непременно сломалась бы при попытке полета;
• в) по словам многих, знавших в тот период Уайтхеда, его знания и мастерство были недостаточны, чтобы самостоятельно сконструировать пригодный для полета самолета двигатель.

Однако главным доводом, указывающим на вымышленность истории о полетах 1901-1902 гг., является, на мой взгляд, то, что в дальнейшем Уайтхед не занимался развитием своих самолетов, показавших, по его словам, превосходные летные качества (аналогичных результатов конструкторам удалось добиться только в 1908), а стал строить примитивные и малоудачные планеры. Созданный им в 1906 г. самолет схемы "биплан" оказался неспособным к полетам.

(1) Позднее Г. Уайтхед утверждал, что пролетел в этот день около полутора миль [374].

К этому можно добавить, что согласно нашим расчетам самолет № 21 - единственный из летательных аппаратов Уайтхеда, создание которого документально подтверждено, - не мог совершить полет из-за недостатка мощности (см. табл. 4.1).

Таким образом, критика сообщений о полетах 1901-1902 гг. дает основания считать эту информацию недостоверной и версию о якобы успешных испытаниях самолетов Уайтхеда нельзя рассматривать всерьез. Следует также отметить, что вопреки утверждениям лиц, считавших Уайтхеда выдающимся авиаконструктором [384, с. 997 ], в техническом отношении рассматриваемый самолет был весьма несовершенен, отличался неоправданными "излишествами" (отдельный двигатель для движения по земле, складывающееся крыло, принцип "амфибийности"). Его появление не оказало влияния на развитие авиации.

Первым во Франции, кто построил самолет-моноплан с ДВС, был конструктор Л. Левавассер. Самолет был создан в 1903 г. Работы финансировались А. Гастамбидом, французским капиталистом, которого Левавассер сумел увлечь идеями полета. Самолет отличался большими размерами, имел форменную конструкцию, обтянутую полотном и подкрепленную растяжками. Крыло с удлинением около 5 имело заметную поперечную V-образность. Самолет приводился в движение двумя четырехлопастными пропеллерами, расположенными тандемно: впереди и за двигателем. Площадь крыла составляла 100 м2, мощность двигателя - 80 л. с. [113, с. 150-151 ].

Для взлета самолет устанавливался на горизонтально уложенные рельсы. Как отмечает французский историк Ш. Дольфюс, в 1903 г. при одной из проб аппарат с человеком на борту оторвался от земли, но, будучи неустойчивым, сразу же упал [187, с. 109 ]. Больше попыток полета не предпринималось.

Самолет Левавассера, спроектированный как увеличенная копия птицы, представлял собой малопригодную для полета конструкцию, недостатки которой выявились при первой же попытке взлета. Тем не менее создание его сыграло свою роль в развитии авиации в Европе, так как побудило Левавассера заняться усовершенствованием силовой установки и в результате был сконструирован двигатель "Антуанетт", ставший на некоторое время лучшим авиационным двигателем, с успехом применявшимся на самолетах Сантос-Дюмона, Фармана, Блерио и др. Кроме того, аппарат представляет интерес как первый самолет с ДВС, оторвавшийся от земли под действием собственной мощности (1).

В том же 1903 г. в Германии житель г. Гановера К. Ято построил и испытал первый в этой стране самолет (2). К моменту его постройки Ято, в отличие от своих предшественников, имел некоторый опыт полетов на планере балансирного типа [358, с. 252 ]. Однако, как показывает анализ конструкции самолета, изобретатель не сумел сделать правильных выводов из практики планеризма. Его самолет - триплан-"бесхвостка" с толкающим пропеллером (рис. 4.10) - не имел средств для горизонтальной и поперечной стабилизации, крыло отличалось плоским профилем и малым удлинением. Управление по тангажу должно было осуществляться отклонением верхнего цельноповоротного крыла. Между нижним и средним крылом имелось четыре вертикальные поверхности, установленные попарно одна за другой. Передние поверхности могли поворачиваться на 45° и служили рулями направления; задние, неподвижные, являлись вертикальными стабилизаторами. Общая площадь горизонтальных поверхностей составляла 48 м2, вертикальных -8,1м2- Из-за малого плеча действия органов стабилизации и управления их эффективность была очень мала.

(1) В [224, с. 286] ошибочно говорится, что самолет взлетал, разбегаясь под уклон.
(2) Планер самолета был изготовлен еще в 1897 г., но достаточно легкий двигатель - бензиновый ДВС "Бюше" мощностью 12 л.с. - Ято удалось приобрести только шесть лет спустя [358, с. 252].

Двигатель был установлен в четырехколесной тележке из стальных труб внизу. В этой же тележке размещался пилот. Для уменьшения числа оборотов винта была применена ременная передача.

Испытания самолета начались в августе 1903 г. Сохранились дневниковые записи К. Ято, содержащие некоторые сведения об этих опытах [358, с. 254-255 ]:

Рис.4.10. Самолет К. Ято

"16 августа - первые летные испытания. Скорость надо увеличить... При установке горизонтального паруса (увеличении угла установки крыла. - Д.С.) аппарат поднимается вверх и опрокидывается. Ломается одно из задних колес. Центр тяжести перенести вперед. Продолжать дальше попытки полета. 18 августа - первый прыжок по воздуху при совершенно тихой погоде, 18 метров на высоте 3/4 метра. Большая радость".

21 августа, во время очередной пробы, самолет был опрокинут боковым ветром и получил серьезные повреждения. При восстановлении его К. Ято с целью уменьшения парусности ликвидировал верхнее крыло. "Нынешний аппарат, - записал он, -катится гораздо быстрее. Из триплана получился биплан. Гораздо удобнее в обращении, особенно при ветре".

Наилучшие результаты были достигнуты в ноябре 1903 г. К. Ято отмечал: "...много маленьких полетов длиной до 60 метров и высотой два с половиной метра. Иногда до трех с половиной метров. Несмотря на неоднократные попытки, большей дальности и высоты полета добиться не могу. Мотор слаб".

Самолет К. Ято был первым пилотируемым летательным аппаратом с ДВС, который смог преодолеть небольшое расстояние по воздуху. Конструктор не указал, разбегался ли самолет горизонтально или под уклон. Однако в любом случае то, чего достиг К. Ято, было не более, чем повторением результата испытания "Эола" К. Адера 9 октября 1890 г. Как и "Эол", самолет немецкого конструктора был неустойчив и почти неуправляем и, как следствие, неспособен к более продолжительным полетам. Именно в этом заключалась основная причина столь скромных результатов испытаний, а не в мощности двигателя (как считал сам Ято) (1). Следует также отметить плохие несущие свойства установленного на самолете крыла и несовершенство формы пропеллера.

Одна из наиболее серьезных и научно обоснованных попыток создания самолета была сделана в США под руководством С. Ленгли. Как известно, ученый занимался исследованием проблемы полета самолета со второй половины 1880-х годов. В 1896 г. ему удалось доказать принципиальную возможность создания такого летательного аппарата. Сконструированные по его проектам модели с паровым двигателем совершали полеты продолжительностью почти две минуты. Несмотря на то, что после этих опытов С. Ленгли публично заявил, что считает программу своих работ в авиации завершенной [270, с. 123]. Содержание его писем О. Шанюту показывает, что в действительности ученый не утратил интереса к проблеме полета и в случае получения субсидии был готов взяться за создание полноразмерного самолета [183, с. 255 ]. Вскоре появилась возможность осуществить этот замысел - правительство и военные круги США предложили С. Ленгли построить самолет, который рассчитывали использовать как новый вид оружия [270, с. 124]. В 1898 г. было принято решение о выделении на эти работы субсидии в размере 50 тыс. дол. (2).

Работы по самолету начались в конце 1898 г. Строительство продолжалось несколько лет и обошлось в 73 тыс. дол. [183, с. 291 ] (3). При конструировании широко использовался опыт создания моделей Ленгли № 5 и 6, которые в то время являлись наиболее совершенными летательными аппаратами.

Планер самолета был в основном готов к концу 1900 г. Как и модели, он был выполнен по схеме "тандем" и снабжен крестообразным хвостовым оперением (рис. 4.11). Прямоугольное крыло с удлинением 4,1 имело изогнутый вблизи носка профиль (f = 1/12) и острую переднюю кромку. Общая площадь несущих поверхностей составляла 97 м2. Конструктивно-силовой набор каждой консоли состоял из двух лонжеронов и десяти нервюр из дерева. Лонжероны имели круглое сечение, нервюры - прямоугольное. Для уменьшения веса все силовые элементы крыла были изготовлены полыми внутри. Обшивка (полотно) была односторонняя - только сверху. Несущие поверхности дополнительно поддерживались проволочными расчалками, соединяющими крылья с вертикальными стойками и бушпритом.

(1) Мощность двигателя первого самолета братьев Райт также не превышала 12 л.с.
(2) Заинтересованность правительства и военных в продолжении работ С. Ленгли в значительной степени объясняется началом войны США с Испанией (1898 г.).
(3) Кроме государственной субсидии на строительство использовались деньги из фонда Смитсонианского института и средства частных пожертвований.

Рис. 4.11. Схема самолета "Аэродом А" С.Ленгли

Корпус самолета представлял собой плоскую раму из стальных труб диаметром 50 мм. Снизу к раме крепилась открытая кабина летчика, напоминавшая по форме лодку с плоским днищем. Как и крыло, она имела полотняную обтяжку. За кабиной располагались отсек двигателя и поперечная рама, на которую устанавливались пропеллеры. Винты из дерева и полотна имели диаметр 2,5 м. Привод от двигателя к винтам осуществлялся с помощью зубчатой конической передачи.

Отличная устойчивость моделей № 5 и 6 при испытаниях в 1896 г. обусловила выбор однотипных средств стабилизации полета на полноразмерном-летательном аппарате, самолет был снабжен крестообразным хвостовым оперением и имел поперечное V крыла. Как и на моделях, для демпфирования порывов ветра крепление хвостового оперения к фюзеляжу было сделано эластичным (на пружинах). Площадь горизонтальной и вертикальной стабилизирующих поверхностей, обшитых полотном, составляла по 9 м2.

При разработке системы управления было решено отказаться от комбинированного отклонения хвостового оперения в двух плоскостях из-за опасения, что это может привести к нарушению продольной устойчивости. Поэтому оперение сделали поворотным только в вертикальной плоскости, а для путевого управления под фюзеляжем установили дополнительную вертикальную поверхность площадью 0,85 м2. Плечо ее действия было примерно вдвое меньше, чем у горизонтального руля. Управление рулями осуществлялось с помощью двух рукояток, расположенных справа от пилота; проводка управления - тросовая. Рукоятки могли фиксироваться в любых положениях: рассчитывая на высокую собственную устойчивость самолета, его создатели полагали, что пилоту придется манипулировать органами управления только при желании изменить траекторию полета.

Испытания самолета было решено осуществлять по методике, опробованной в опытах с моделями. Взлет предполагалось осуществить без разбега, "выстреливая" самолет над водой с помощью катапульты, смонтированной на крыше баржи; для удержания самолета на воде при посадке имелись небольшие резервуары цилиндрической формы (на рис. 4.11 не показаны).

С наибольшими трудностями С. Ленгли, как и его предшественники, столкнулся при создании двигателя. Первоначально на самолете предполагалось установить два двигателя мощностью 12 л.с. (с удельным весом 3,8 кг/л.с.). В 1898 г. заказ на их изготовление был передан конструктору автомобилей С. Бальзеру. Построенный им звездообразный ротативный двигатель воздушного охлаждения при испытаниях (в мае 1900 г.) развил мощность только 8 л.с. После ряда изменений, в частности замены вращающихся цилиндров неподвижными, удалось увеличить мощность до 12-16 л.с. Однако к этому времени выяснилось, что вес самолета значительно превышает расчетный и требуется большая мощность силовой установки. В результате предпринятой помощником С. Ленгли Ч. Менгли радикальной переделки двигателя, заключавшейся в увеличении объема цилиндров, применении водяного охлаждения, усовершенствовании системы зажигания и т.п., его мощность достигла 50 л.с. при весе двигателя 94 кг. Таким образом, по удельной мощности двигатель Бальзера -Менли превзошел все построенные ранее двигатели и в течение еще нескольких лет оставался самым легким авиадвигателем в мире.

После длительных доводок привода винтов летом 1903 г. все работы по самолету, получившему название "Аэродром А", были завершены. Однако прежде чем приступить к его испытаниям, был осуществлен запуск беспилотной копии (уменьшенной в четыре раза) с двигателем мощностью 3 л.с. (август 1903 г.). Аппарат совершил устойчивый полет продолжительностью 27 с [270, с. 258 ]. Это было первое в истории авиации успешное испытание беспилотного летательного аппарата с ДВС.

Удачный полет прототипа полноразмерного самолета и наличие мощного легкого двигателя давали основания надеяться на успешные испытания аппарата с человеком на борту. Однако надежды не оправдались: обе попытки полета уже при старте закончились авариями. Ниже приводится выдержка из официального отчета об испытаниях самолета С. Ленгли, составленного представителем Управления артиллерии и фортификации (1) майором М. Макомбом [270, с. 227-228 ]:

"7 октября (1903 г. - Д. С.) все было готово, и я был свидетелем испытания в этот день в Уайдуотере на реке Потомак (примерно в 65 км от Вашингтона. - Д. С.). Двигатель работал хорошо и машине дали старт в 12 ч. 15 мин. дня. Однако проба не удалась, так как передняя расчалочная стойка самолета застряла в поддерживающей ее части пусковой тележки и не отцепилась от нее вовремя, чтобы дать машине возможность подняться в воздух, как это предполагалось; в связи с этим передняя часть самолета устремилась вниз, сгибая расчалочную стойку, и весь аппарат погрузился в воду на расстоянии около 50 ярдов от баржи. После этого машину вытащили и вновь установили на барже. Двигатель не был поврежден, а рама лишь слегка помята, но четыре крыла и руль были практически полностью разрушены при погружении машины в воду и последующей буксировке ее обратно к барже. Эта авария потребовала возвращения баржи в Вашингтон для проведения ремонта. 8 декабря между 4 и 5 часами после полудня была произведена вторая попытка полета, на этот раз в месте слияния pp. Анакостии и Потомак, вблизи Вашингтонских казарм.

(1) Организация, непосредственно осуществлявшая финансирование работ С. Ленгли.

На этот раз Управление артиллерии и фортификации представляли генерал Рандольф и я. В 4 ч. 45 мин. после полудня был дан старт в направлении от Анакостии к Нэвияр. Я находился на буксире "Бартольди" на расстоянии около 150 футов и под прямым углом к направлению предполагаемого полета. Тележка была пущена и пропеллеры быстро завертелись, двигатель работал отлично, но что-то оказалось не в порядке при пуске. Задняя опора как бы волочилась, опуская руль на пусковой стапель, затем послышался грохот и треск, и вслед за этим задние крылья отломились; все указывало на то, что самолет получил повреждения в момент пуска, но я не имел возможности рассмотреть, как именно это произошло. Во всяком случае, задние крылья и руль были сломаны прежде, чем машина свободно покатилась по пусковым брусьям. Потеря этих частей лишила аппарат опоры сзади, и под действием продолжавшего работать пропеллера он задрался носом, приняв вертикальное положение, а затем опрокинулся назад и упал в воду, на расстоянии нескольких футов от баржи.

Мистера Менли (при обоих испытаниях он являлся пилотом. - Д.С.) вытащили невредимым из воды, а разбитую машину вновь установили на баржу и отправили обратно в Вашингтон.

Из всего сказанного здесь следует, что несчастные случаи помешали провести какое-либо испытание машины в полете, и слухи о том, что построена летательная машина с двигателем, способная нести человека, не имеют доказательств, которые могли бы быть получены лишь в результате действительно совершившегося полета".

Неудачи при испытания вызвали резкую критику в адрес Ленгли со стороны прессы. И хотя в отчете Макомба предлагалось "...прежде, чем отказаться от продолжения опытов, достигших нынешней стадии своего развития, получить окончательное доказательство возможности свободного полета" [270, с. 228 ], в марте 1903 г. под нажимом Конгресса финансирование работ Ленгли было прекращено. Частично восстановленный самолет передали на хранение в мастерские Смитсонианского института.

По мнению С. Ленгли и Ч. Менли, обе аварии были вызваны дефектами системы запуска, а не недостатками самого самолета [270, с. 282; 183, с. 287]. Этот вывод, казалось бы, был подтвержден при повторном испытании "Аэродрома", предпринятом в 1914 г. по инициативе американского авиаконструктора Г. Кертисса. 25 мая самолет, установленный на поплавки, после разбега по воде совершил кратковременный полет (около 50 м). Несколько месяцев спустя, после установки более мощного двигателя для компенсации возросшего веса и сопротивления при установке самолета на поплавки, был выполнен рад более продолжительных полетов. Однако, как показала проведенная позднее экспертиза, при подготовке самолета к полетам Кертиссом была сделана существенная доработка конструкции - изменена форма профиля, усилена конструкция крыла и т. д. (всего 35 изменений). В результате было сделано справедливое заключение, что опыты 1914 г. не могли являться доказательством принципиальной возможности полета "Аэродрома" в 1903 г. [131, с. 296 ].

Согласно современным оценкам, самолет Ленгли обладал серьезными конструктивными дефектами, не позволявшими осуществить успешные испытания даже если бы конструктор выбрал более надежный способ старта - после разбега на поплавках или колесах. К ним относятся недостаточная прочность и жесткость планера самолета, обусловленная стремлением к минимизации веса конструкции, необеспеченность безопасности летчика при посадке (выступавшая вниз хрупкая кабинка пилота была бы неизбежно смята при приземлении; жизнь Менли спасла счастливая случайность - в обоих случаях самолет упал сразу после старта, не набрав скорость). Следует указать также не отсутствие поперечного управления и неэффективность примененного на самолете руля направления.

Таким образом, несмотря на научный подход, наличие превосходного по характеристикам двигателя и поддержку со стороны государства, С. Ленгли не удалось решить проблемы создания самолета. Имея за плечами 16-летний опыт научных исследований в авиации, Ленгли, однако, не обладал ни инженерными знаниями (1), ни опытом планериста, что в конечном счете привело к полной неудаче.

Работы Ленгли в авиации не оказали непосредственного влияния на прогресс самолетостроения: основные положения его аэродинамической теории (так называемый "закон Ленгли", согласно которому с увеличением скорости потребная для полета мощность уменьшается) оказались ошибочными, схема "тандем" не получила распространения в авиации. Вместе с тем большой резонанс имела убежденность этого ученого с мировым именем в возможность динамического полета, впечатляющие результаты испытаний его моделей самолетов. В этом заключалась та косвенная роль, которую сыграл С. Ленгли в деле создания самолета (2).

Завершая рассмотрение первых попыток создания самолета с ДВС, необходимо упомянуть имена еще двух авиаконструкторов - Р. Пирса (Новая Зеландия) и П. Уотсона (Англия). Согласно появившимся сообщениям (например [298 ]), в 1903 г. им удалось выполнить полеты на самолетах собственной конструкции. Основаниями для данных сообщений в обоих случаях служили воспоминания родственников и ассистентов изобретателей. Предпринятый историками авиации поиск более надежных доказательств выявил ошибочность свидетельских показаний. Из сопоставления различных источников, в том числе и записей самих конструкторов, выяснилось, что:

• а) самолет Р. Пирса был построен не в 1903, а в 1904 г., из-за неустойчивости аппарата и недостаточной мощности двигателя полет осуществить не удалось [328 ];
• б) созданный П. Уотсоном в 1903 г. аппарат являлся не самолетом, а планером. Первый самолет Уотсона был построен не ранее 1906 г. [218, с. 208-212 ].

Данные примеры еще раз доказывают, что воспоминания (и, тем более, воспоминания заинтересованных лиц) не могут являться надежным источником в историко-техническом исследовании.

Итак, применение бензинового двигателя внутреннего сгорания на самолете не привело на первых порах к решению проблемы динамического полета. Более того, из результатов испытаний казалось, что в конце 1903 г. человек был также далек от создания практического самолета, как и в XIX в.

(1) По профессии он был астроном.
(2) У. Райт в письме О. Шанюту писал: "...то, что такой великий ученый, как профессор Ленгли, верил в летательные аппараты, было одним из факторов, поддержавших нас в решении начать исследования" [327, с. 736].

Причины неудач первых попыток полета на самолете

В период с середины 1870-х годов по осень 1903 г. было построено 13 самолетов: 5 с паровым и 8 с бензиновым двигателями, строительство еще 3 самолетов осталось незавершено. На некоторых из них были предприняты попытки полета, но они окончились неуспешно: ни один из самолетов не смог продержаться в воздухе больше нескольких секунд, большинство испытаний закончилось авариями. Почему же, несмотря на высокие инженерные знания многих создателей первых самолетов и в ряде случаев имея поддержку со стороны государства, авиаконструкторам не удавалось добиться успеха: было ли это результатом действия субъективных факторов (ошибки пилотов, неудачная методика испытаний) или же неизбежность аварии была заложена еще на стадии проектирования самолета?

Чтобы ответить на этот вопрос, установим, каким требованиям должен отвечать самолет, чтобы он мог перемещаться в воздухе продолжительное время без потери скорости и высоты, т. е. совершать установившийся полет. Для этого необходимо выполнение как минимум трех условий:

• 1) тяга двигателя должна обеспечивать подъемную силу, равную весу самолета;
• 2) должна обеспечиваться балансировка моментов относительно всех трех осей;
• 3) конструкция должна обладать достаточным для движения в воздухе запасом прочности; наряду с прочностью планер самолета должен обладать жесткостью, гарантирующей неизменность аэродинамических характеристик в полете.

По мнению ряда авторов, основным препятствием на пути создания самолета являлось невыполнение первого условия, т. е. недостаточная тяга двигателя. Так, например, Р. Д. Иродов пишет: "...самолеты Можайского, Адера, Максима... с паровыми машинами принципиально не могли совершать горизонтальный полет, поскольку обладали энерговооруженностью в два-три раза меньшей минимальной потребной для горизонтального полета... Моторный полет стал возможным только после создания и значительного усовершенствования двигателей внутреннего сгорания..." [1, с. 271-272 ]. Аналогичный вывод содержится и в работе [94, с. 4 ].

Как следует из данных табл. 4.1, утверждение о невозможности полета самолета с паровым двигателем неправомерно. Мощность самолетов К. Адера и X. Максима была достаточна для горизонтального полета, что подтверждается также сведениями об их испытаниях. Более того, появление бензинового двигателя в авиации на некоторое время даже обострило энергетическую проблему, так как удельный вес первых ДВС был больше, чем у лучших паровых машин конца XIX в.

Вторым условием установившегося полета является обеспечение балансировки моментов относительно всех трех осей. Это могло быть осуществлено статически (с помощью средств аэродинамической стабилизации) или динамически (с помощью органов управления).

Из-за отсутствия средств поперечного управления, а также какого-либо опыта пилотирования у испытателей полет рассмотренных выше самолетов был возможен только при наличии аэродинамических органов стабилизации, т. е. при условии запаса собственной устойчивости. Такой полет мог быть осуществлен только по прямой и только при благоприятных погодных условиях.

Таблица 4.1. Сравнение потребной и располагаемой энерговооруженности самолетов

Для оценки устойчивости первых самолетов обратимся к данным таблицы 4.2. Из них следует, что статические моменты вертикального и горизонтального стабилизаторов были, как правило, в несколько раз меньше минимально необходимых, а на некоторых самолетах хвостового оперения вообще не имелось. Только у двух самолетов было предусмотрено поперечное V крыла.

Таблица 4.2. Значения статических моментов оперения и поперечного V крыла

Основными причинами неудовлетворительного решения вопросов стабилизации первых самолетов являлось то, что у их создателей не было летного опыта и что они уделяли недостаточное внимание результатам экспериментов с летающими моделями. По аналогии с морскими судами полагали, что устойчивость летательного аппарата легко достигается с помощью низкого расположения центра тяжести. Опасность разбалансировки при порывах ветра или вообще не учитывалась, или ошибочно считалось, что для ее устранения достаточно обеспечить упругость крыла или оперения в вертикальной плоскости за счет гибкости самих поверхностей или их пружинной подвески. Отсутствие на всех самолетах поперечного управления объясняется тем, что в технике не имелось его аналогов и, как казалось, не было необходимости воздействия на Мх в полете.

В связи с разницей в нагрузке на крыло у модели и самолета для последнего требуется больший запас статической устойчивости. В рассматриваемый период эта зависимость была неизвестна. Поэтому даже те конструкторы, которые прежде чем построить самолет опробовали свои идеи на малоразмерных летательных аппаратах, обычно принимали заниженные значения площади и плеча действия стабилизирующих поверхностей.

Единственным самолетом, который имел достаточную энерговооруженность и эффективные средства стабилизации относительно всех трех осей, т. е. удовлетворял первым двум условиям установившегося полета, был "Аэродром А". С. Ленгли. Однако в декабре 1903 г. он потерпел аварию при взлете из-за недостаточного запаса прочности. Как видно из сопоставления относительного веса крыла самолета Ленгли и статистических данных других летательных аппаратов с близкими значениями m/S прочность несущей поверхности "Аэродрома" была явно мала (табл. 4.3).

Изучение документов показывает, что недостаточный запас прочности имели также самолеты Ф. дю Тампля и X. Максима. Их конструкция не выдерживала даже пробежек по земле. Недостаток прочности первых самолетов объясняется тем, что конструкторы основывались на методах статического расчета и не учитывали перегрузок, действующих на аппарат при разбеге, в полете и при посадке.

Известно, что в ряде случаев неудачи при попытках полета были обусловлены недостатками способа старта: самолет К. Адера, испытывавшийся в 1897 г. на круговом треке, был снесен со стартовой дорожки боковым ветром; "Аэродром А" Ленгли в октябре 1903 г. потерпел аварию из-за неисправности в работе катапульты. Все самолеты испытывались лицами, не имевшими летных навыков. Однако, как следует из проведенного выше анализа, ни один из построенных до декабря 1903 г. самолетов не удовлетворял всем требованиям установившегося полета и, следовательно, в любом случае его испытания были бы неуспешными.

Таблица 4.3. Сравнение относительного веса конструкции крыла летательных аппаратов с малой нагрузкой на несущую поверхность

Итак, в 1870-1880-е годы самолеты не могли подняться в воздух из-за большого веса двигателей и малой подъемной силы плоского крыла. С 1890-х годов основными препятствиями на пути создания самолета были недостаточная управляемость, устойчивость, а также прочность летательных аппаратов. Указанные недостатки могли быть преодолены только на основе теоретической базы для определения потребной эффективности средств стабилизации и управления, расчета необходимого запаса прочности и на основе практического опыта.

Практический опыт мог быть получен в результате полетов, но при первой же попытке взлета самолет, как правило, ломался. Следующая конструкция, обладающая теми же недостатками, вновь оказывалась неудачной и т. д. Получался замкнутый круг: самолет не развивался, так как отсутствовал критерий правильности конструкторских решений - практика. Положение усугублялось тем, что лица, финансирующие работы, не понимали необходимости стадии доводки и, рассчитывая на немедленный успех, прекращали поддержку после первой же неудачи.

Выход из создавшейся ситуации дал планеризм, позволивший человеку испытать чувство полета, пересмотреть некоторые принципы проектирования и создать, наконец, работоспособный самолет.

---

Реклама: