Куда же девается его подъемная сила?
Очевидно, дело не только в размерах змея, но и в том, под каким углом он находится к ветру, как сделана его уздечка. Чем больше этот угол, тем больше подъемная сила. Но только до определенной величины, градусов 15...20. А дальше так увеличивается сопротивление воздуха, что змей не в состоянии будет подниматься на высоту и упадет.
Одним словом, тонкое это дело - подъемная сила. Но главное - она есть!
Люди постепенно, практическим путем приходили к выводу, что земное притяжение можно преодолеть подъемной силой, возникающей при движении больших плоскостей в воздухе, что можно устроить такой летательный аппарат, который хотя и будет тяжелее воздуха, но, благодаря подъемной силе, сможет подниматься в воздух и удерживать не только себя, но и человека.
Одним словом, к концу девятнадцатого века уже вовсю велись поиски полета на аппарате тяжелее воздуха.
Что это за аппарат? Вначале ему даже названия не было. Называли его и "аэродинам" от сочетания греческих слов - "аэро" - воздух и "динамис" сила, и "механическая птица". Но постепенно, к концу века, привилось слово "аэроплан", составленное опять-таки из греческих: знакомого нам "аэро" и "плану м" - плоскость - воздушная плоскость. Это название вначале было всеобщим, и осталось общепринятым до наших дней. Но постепенно во многих странах появились свои, более соответствующие родному строю языка слова, как в русском языке - "самолет", на Украине - "лiтак", в Польше - "платовец", в Германии - "флюгцойг". Названия разные, а суть одна - летательный аппарат тяжелее воздуха.
Раздел науки и техники, занимающийся полетами на таких аппаратах, получил название авиация, от латинского слова "авис" - птица.
Путь к летающим аппаратам тяжелее воздуха был труден, и начался он, как мы уже знаем, давно.
Воздушные змеи подсказывают...
Воздушные змеи подсказывают...
Что может подсказать воздушный змей, сделанный из тетрадного листа, запущенный на катушке ниток и мотающий высоко над поселком матерчатым хвостом?
Равнодушному мальчишке - ничего. Любознательному - многое. Это самый древний и самый простой летательный аппарат тяжелее воздуха.
Можно полагать, что он, появившись в разных древних странах, первоначально был просто детской игрушкой. Например, в Японии и других странах Азии до сих пор ребята любят устраивать массовые соревнования змеев. Мне приходилось бывать в Польше, и там я был свидетелем "дня лятавца", то есть дня воздушных змеев.
У нас тоже ребята очень любят запускать змеи, а до войны даже проводились чемпионаты Советского Союза по змейковому спорту.
Приглядывались и ученые к этой детской игрушке. Знаменитый физик, математик и астроном, член Российской Академии наук, современник гениального русского ученого Михаила Ломоносова Леонард Эйлер писал:
"Бумажный змей, детская игрушка, пренебрегаемая взрослыми, будет когда-нибудь предметом глубоких исследований". И он не ошибся. Еще в 1749 году шотландский астроном А. Вильсон поднял на змее термометр для измерения температуры воздуха на высоте. Знаменитый американский ученый Б. Франклин с помощью воздушных змеев проводил исследования атмосферного электричества и доказал, что молния при грозе - не что иное, как электрический разряд огромной силы. Михаил Ломоносов тоже строил воздушные змеи для исследования электричества в атмосфере. Его последователь Георг Вильгельм Рихман во время такого опыта 26 июля 1753 года был убит разрядом атмосферного электричества. Ломоносов, однако, и после этого отважился продолжать свои опыты. Змеи в то время были плоские, не очень устойчивые, хотя делали их для научных целей значительных размеров, площадью в несколько квадратных метров.
Во Франции естествоиспытатель Майо в 1886 году запустил змей с полезной нагрузкой в 70 килограммов! Такой змей свободно мог поднять человека! Но на это никто тогда не отважился: уж очень эти змеи были неустойчивы.
В последнем десятилетии девятнадцатого века англичанин Баден-Поуэл, а за ним и австралиец Харгрэв додумались до змеев новой конструкции коробчатых. Они, в отличие от плоских, совершенно не нуждались в длинном и тяжелом "хвосте" для устойчивости: благодаря вертикальным плоскостям своих "коробок", они приобретали автоматическую устойчивость и к тому же обладали значительно большей подъемной силой.
Особенно активно велись работы со змеями у нас в России. Их конструируют многие исследователи, и в первую очередь талантливый изобретатель С.С. Неждановский. Он строит большие змеи, которые отличаются удивительной устойчивостью и хорошей грузоподъемностью. Ученик знаменитого русского ученого Николая Егоровича Жуковского, профессор С.А. Чаплыгин, вспоминая змеи Неждановского, в начале нашего века писал, что они были совершенно сходны по форме крыльев с нынешними бесхвостыми аэропланами и планерами, но имели больше вертикальных плоскостей.
Прав был академик Эйлер: змей - это не игрушка. Вернее, не только игрушка. С его помощью удалось получить много полезных сведений и о строении атмосферы, и о движении тел в воздухе.
В 1898 году русский воздухоплаватель С.А. Ульянин предложил интересный проект "змейкового поезда", чтобы поднимать в воздух наблюдателей и научную аппаратуру. Он придумал использовать для этих целей не один огромный змей, а целую связку их. Запущенные вместе, на одном тросе, они создавали не только необходимую подъемную силу, но и обеспечивали большую безопасность. Если один или даже два змея по какой-либо причине выходили из строя, то остальные - а их могло быть в "поезде" до семи и более штук - позволяли безопасно, как на парашюте, спустить на землю наблюдателей и научную аппаратуру.
Была даже сформирована специальная "змеевая команда": Ульянин и многие другие наблюдатели не раз поднимались на высоту свыше двухсот метров.
Змейковые поезда применялись также на научных и военных судах, использовались для наблюдений и исследований в океанах и в Арктике. Они поднимали научные приборы на высоту до 4...5 километров. Был даже установлен своеобразный рекорд высоты подъема змеев - 9740 метров!
Благодаря применению змеев, был получен не только ценный научный материал, но и определенный опыт летания аппаратов тяжелее воздуха. И совсем не случайно создатель первого в мире аэроплана Александр Федорович Можайский начал свои эксперименты именно со змеев и привязных планеров.
Вот и выходит, что обыкновенный бумажный змей сыграл в развитии авиации немалую роль. Только он, как и аэростаты, оказался в полной зависимости от погоды. А это еще сильнее заставляло искать новые пути покорения воздуха.
Опыты с геликоптерами
В 1754 году знаменитый русский ученый Михаил Ломоносов "с целью изучения верхних слоев атмосферы и для подъема термометров и электрических стрел" решил создать "аэродромическую машину". Модель машины вскоре была изготовлена и продемонстрирована на академическом собрании.
Маститые академики в напудренных париках с удивлением взирали на небольшой ящик, над которым возвышался вал с двумя четырехлопастными воздушными винтами. Весь этот диковинный аппарат, с помощью специально пристроенных на потолке блоков, был уравновешен соответствующим грузом на веревке.
Михаил Ломоносов быстрыми поворотами ключа завел до отказа пружину часового механизма внутри ящика, лопасти воздушных винтов начали вращаться в разные стороны. Ломоносов отпустил прибор, и он, под тягой винтов, легко устремился к высокому потолку академического зала.
Ученый секретарь обмакнул гусиное перо в чернила и, не теряя времени, начал записывать в протокол результаты испытаний.
До нас дошли эти строки, написанные четким каллиграфическим почерком: Господин Советник Ломоносов показал придуманную им машину, которую он называет аэродромической и назначение которой должно быть в том, чтобы работой крыльев, приводимых в сильное движение пружиной, каковые обычно бывают в часах, - горизонтально в противоположных направлениях, - прижимать воздух и поднимать машину в направлении верхней воздушной области с тем, чтобы можно было исследовать условия верхнего воздуха метеорологическими приборами, к этой аэродромической машине присоединенными".
Маститые ученые одобрительно кивали головами, отчего сзади у них смешно дергались косички париков, и никто из них, вероятно, не подумал тогда, что они присутствуют при знаменательном событии в истории авиации - рождении примитивной модели геликоптера.
"Геликоптер" в переводе с древнегреческого языка буквально означает "винтокрыл". Что же это такое?
Помните, еще гениальный Леонардо да Винчи оставил наброски аппарата, который бы поднимался вверх с помощью ввинчивающегося в воздух воздушного винта. Ломоносов с проектом Леонардо да Винчи не был знаком, так как труды его были опубликованы значительно позже. Он самостоятельно додумался до "аэродромической машины", которая и явилась, по существу, простейшим геликоптером.
Конечно, часовая пружина была слишком слабым и краткодействующим двигателем, чтобы поднимать приборы в верхние слои атмосферы. Но тем не менее было ясно: преодолеть земное тяготение таким способом вполне возможно.
После Ломоносова геликоптеры не давали покоя еще многим изобретателям. Так, например, французские ученые физик-механик Бьенвеню и естествоиспытатель Лонуа в 1784 году тоже построили маленькую модель геликоптера. Они взяли тонкую легкую палочку, насадили на ее концы обыкновенные пробки, а в пробки, перпендикулярно палочке, с каждой стороны воткнули по четыре гусиных пера, установив их под некоторым углом. Получилась как бы схематическая модель геликоптера с двумя винтами - один тянущий, другой - толкающий. Теперь надо было заставить их вращаться. Но как это сделать? Резины в то время еще не было, и изобретатели очень остроумно приспособили в качестве двигателя... маленький лук из упругого китового уса. Насадив дужку из китового уса на стерженек геликоптера и прикрепив к нему тетиву, они получили легкий механический двигатель. При закручивании тетива наматывалась на стерженек. При этом концы лучка упруго сгибались. Стоило выпустить из рук игрушку-геликоптер, как китовый ус, стараясь выпрямиться, быстро вращал стержень с винтами из гусиных перьев на концах. Легкая игрушка высоко взмывала вверх, как бы подтверждая, что идея Леонардо да Винчи и Ломоносова правильна и такой аппарат может летать. Но...
Но где взять легкую и мощную машину, чтобы построить не игрушечный, а настоящий геликоптер? Паровые двигатели хотя непрерывно совершенствовались, но все еще были необычайно громоздки и слабосильны. Только спустя 60 лет после опытов Бьенвеню и Лонуа, в 1843 году, английский механик Горацио Филиппс ухитрился смастерить крохотную паровую машинку и установил ее на модель геликоптера. Весь аппарат весил всего лишь два фунта. Спиртовая горелка создавала в миниатюрном паровом котле давление, поршень машинки приводил в движение лопасти винта, и механическая игрушка довольно высоко поднималась в воздух. По мере того, как давление пара падало, она плавно спускалась на землю.
В то время люди уже успешно летали на воздушных шарах и такие опыты не очень-то привлекали к себе внимание. Изобретателям порой приходилось сносить даже насмешки.
Оно и понятно. Ведь на воздушных шарах люди летали уже на сотни километров (правда, только по ветру, но все равно - далеко), поднимались на десятикилометровую высоту... А тут какие-то опыты, хотя и с летающими, но все-таки игрушками... Требовалось время и огромные усилия, чтобы новое доказало свое право на жизнь.
Вслед за англичанином Горацио Филиппсом французы Понтон д'Амекур и Габриель де ла Ланделль строят геликоптер с маленькой паровой машиной. Поставив свой аппарат на чашку весов, они на другую чашку положили груз и уравновесили стрелку весов. Пуская в ход машину, обнаружили, что чашка весов с геликоптером поднимается вверх. Значит, винты создают подъемную силу. Чтобы узнать ее величину, достаточно на чашку с геликоптером положить столько груза, чтобы весы снова уравновесились. Этот груз и равнялся величине подъемной силы, развиваемой геликоптером.
Так впервые была измерена тяга, которую создают винты, или подъемная сила.
Больше того. Понтон д'Амекур и Ланделль построили еще один геликоптер, который приводился в действие не паровой машиной, а с помощью мускульной силы человека. Увы, подъемная сила, развиваемая человеком, равнялась всего одному пуду, то есть шестнадцати килограммам. Этого было явно мало, чтобы оторваться от земли.
А к тому времени как раз стали появляться сравнительно сильные и легкие паровые машины, электрические двигатели и даже первые бензиновые моторы. Этим не преминули воспользоваться изобретатели.
В конце XIX века француз Леже построил огромный геликоптер с диаметром винта в несколько метров, который приводился в движение электромотором. На полной мощности геликоптер вместе с изобретателем оторвался от земли. Правда, не высоко, но оторвался. Леже оказался первым человеком, который сумел подняться на винтокрыле.
Все эти опыты еще раз показали, что хотя идея геликоптера и правильна, но время для них еще не настало.
Поиски путей продолжаются
Помните, при раскопках египетских пирамид была найдена модель планера, изготовленная три с половиной тысячи лет назад? Кто до нее додумался неизвестно. Леонардо да Винчи тоже пришел в своих трудах к идее скользящего полета. И холоп Никита со своими крыльями, и многие другие авиаторы вносили свою лепту в общее дело. И, очевидно, без этого опыта и поисков совершенно невозможно было бы то предвидение, с которым еще в 1809 году английский математик Джордж Кейли писал о воображаемом им самолете: "...Наклоненная к горизонту поверхность дает прибору подъем. Вращающийся винт создает перемещение. Легкий двигатель - паровая машина или взрывчатый мотор, работающий от взрывов смеси газа и воздуха, - могут служить источником энергии. Хвост для устойчивости, возможность перемещения центра давления и автоматическая регулировка устойчивого положения - вот главное, что нужно в летательном аппарате".
Эти строки, написанные в начале девятнадцатого века, когда еще никто понятия не имел об аэропланах, удивляют: это же описание современного легкого самолета.
Кейли пытался осуществить свой проект. Но уровень техники был еще настолько низок, что его попытка с самого начала была обречена на неудачу.