Столетняя история “летающего крыла” - Дмитрий Соболев

Первый самолет X. Эллехаммера.

Свой первый самолет Эллехаммер построил в Копенгагене в 1905 г. Он также сконструировал для него легкий трехцилиндровый бензиновый двигатель воздушного охлаждения мощностью 9 л.с. Крыло самолета размахом 9 м напоминало по форме треугольный воздушный змей. Его центральная часть представляла собой цилиндрическую поверхность, служащую каналом для воздушного потока от пропеллера. Летчик и двигатель находились на легкой трехколесной тележке. Заднее колесо было управляемым, причем, по мысли конструктора, оно должно было также выполнять функцию руля направления в полете.

Во избежание ненужного любопытства конструктор решил проводить испытания на безлюдном островке Линдхольм в Северном море. Там он с помощью своего брата Вильгельма и кузена Ларса построил ангар для самолета. Остров был слишком мал для полетов по прямой, поэтому для экспериментов соорудили дорожку в виде кольца длиной 600 м и шириной 7 м. В центре установили десятиметровую мачту и с помощью тонкого троса соединили с ней самолет. Таким образом, аппарат должен был испытываться на привязи, как трековая модель.

В январе 1906 г., пробежав несколько кругов, беспилотный аппарат на несколько секунд поднялся в воздух. Однако для полета с человеком девяти лошадиных сил двигателя было явно недостаточно. Поэтому на самолете установили вдвое более мощный двигатель и винт большего диаметра.

Одновременно Эллехаммер переделал крыло, устранив цилиндрообразный центроплан, а сверху установил дополнительную горизонтальную поверхность, напоминающую крыло чайки.

12 сентября Эллехаммеру удалось совершить полет длиной около 40 м. Это событие было зафиксировано фотографом и стало первым документально подтвержденным подъемом на самолете-"бесхвостке". Однако, как и прежде, самолет испытывался на привязи, и поэтому данное достижение не следует расценивать как настоящий полет.

В последующие годы Эллехаммер построил еще несколько самолетов. Теперь это были трипланы, с горизонтальным хвостовым оперением и без механизма для обеспечения устойчивости. Очевидно, что характеристики устройства, основанного на принципе маятника, не могли дать удовлетворительных результатов, так как вызывали бы постоянную раскачку самолета в вертикальной плоскости. Идея Эллехаммера представляет интерес только как первая попытка достижения равновесия неустойчивого самолета с помощью автоматического регулятора. Но в те годы реализовать ее на должном уровне было невозможно.

Модифицированный самолет Эллехаммера во время испытания 12 сентября 1906 г.

Между тем, природа давала примеры, когда устойчивый полет осуществляется не с помощью каких-то хитроумных устройств, а благодаря особой форме крыла. Наиболее ярким из них служит крылатое семя тропического растения занония макрокарпа (семейство тыквенных). Плод этого растения, созревая, раскрывается и выбрасывает семена, которые благодаря своей необычной форме могут лететь по ветру на большие расстояния. Семя имеет крылышки серповидный формы, их размер достигает 20 см. В полете их тонкая поверхность деформируется таким образом, что отведенные назад концы закручиваются относительно центральной части и создают направленную вниз аэродинамическую силу. Эта сила уравновешивает момент от подъемной силы центральной части семени, равнодействующая которой расположена вблизи передней кромки, немного позади центра тяжести. Так обеспечивается продольная балансировка и продольная устойчивость семени занонии в полете.

Удивительными свойствами летучего семени заинтересовался школьный учитель из Гамбурга Фредерик Альборн. После гибели Отто Лилиенталя при падении его планера в 1896 г. Альборн опубликовал брошюру, в которой отмечал устойчивость полета семени занонии и утверждал, что если бы планер имел крыло такой формы, трагедии бы не произошло.[7] Через несколько лет Альборн повторил свои выводы во время доклада в Вене, подчеркнув, что летающее семя занонии является идеальным примером планера.

Альборн заразил своей убежденностью Иго Этриха, сына богатого австрийского промышленника Игнаца Этриха. Молодой Этрих заинтересовался авиацией под влиянием Лилиенталя и даже приобрел у него планер, но после знакомства с Альборном решил сконструировать новый, по типу семени занонии. В содружестве с другим австрийским энтузиастом авиации, Францем Велсом, он построил летательный аппарат, представляющий собой увеличенную во много раз копию крылатого семени. Его изготовили из бамбука и обтянули полотном. Необходимую крутку концов крыла обесечивали многочисленные растяжки, соединенные с двумя вертикальными стойками. Посадка должна была осуществляться на полозья, а для взлета планер устанавливали на тележку. При испытаниях аппарат скатывался по специальной дорожке, проложенной по склону холма и, набрав скорость, поднимался в воздух.

Так выглядит семя растения занония макрокарпа.

Планер Этриха и Велса — первая устойчиво летавшая "бесхвостка"...

Опыты с планером, загруженным песчаным балластом, показали, что аппарат устойчиво держится в воздухе. Первый полет с человеком состоялся в октябре 1906 г. Тогда Велсу удалось пролететь расстояние более 200 м. Так как аппарат не имел органов управления, пилот должен был располагаться на планере стоя и для корректировки направления полета отклонять тело в нужную сторону. Этот опыт был первым успешным полетом летательного аппарата схемы "бесхвостка". Более того, это был первый в истории авиации пилотируемый полет на аппарате, обладающем собственной устойчивостью, то есть способным сохранять положение в полете без участия летчика.[8]

После испытания планера Этрих и Веле решили переделать его в самолет. Они установили на нем 24-сильный французский двигатель "Антуанетт", пропеллер, колесное шасси. Для управления применили перекашивание крыла, то есть искусственное изменение его крутки в полете. Однако попытка полета в 1908 г. была безуспешной — так хорошо зарекомендовавшее себя на планере крыло вдруг утратило свои волшебные свойства, и самолет стал неустойчивым. Скорее всего это произошло потому, что поток воздуха от винта деформировал гибкое крыло и оно лишалось присущей ему прежде устойчивости.

...и его неудачный моторизованный вариант.

Тогда Этрих установил за крылом горизонтальную поверхность, напоминающую хвост голубя. Самолет так и назвали — "Таубе" ("Голубь"). В годы, предшествующие первой мировой войне, "Таубе" получил большое распространение в Австрии и Германии, с 1910 по 1914 гг. там построили свыше 500 таких машин.

В истории науки и техники есть немало примеров, когда исследователи, идя различными путями, приходят к одинаковым результатам. Так случилось и с Джозе Вейсом. Занимаясь изучением планирующего и парящего полета птиц, он разработал принципы самобалансирующегося крыла, совпадающие с теми, которые легли в основу конструкции крыла типа "занония".

Джозе Вейс родился во Франции, но почти всю жизнь прожил в Англии. Он был художником и, рисуя морские пейзажи, подолгу наблюдал за полетами гнездящихся на прибрежных скалах птиц. Постепенно у него созрела убежденность, что проблема создания устойчивого летательного аппарата состоит только в правильном выборе формы крыла. Наилучшим Вейсу представлялось крыло с отведенными назад и закрученными вниз концами и гибкой задней кромкой — форма, подсмотренная им у птиц.

Для проверки своей теории Вейс с 1902 г. проводил опыты со свободнолетающими моделями "бесхвосток". Эксперименты обнадеживали. Дополнительную уверенность Вейсу в том, что он на правильном пути, дала встреча на международных состязаниях авиамоделистов в Париже в 1905 г. с Иго Этрихом, придерживавшимся аналогичных взглядов.

Свои идеи Д.Вейс впервые опубликовал в 1908 г. в патенте на "аэроплан с крылом как у птицы".[9] Помимо отмеченных выше особенностей крыла, Вейс предусматривал регулировку продольной балансировки в полете за счет изменения крутки концов крыла, а для выправления кренов и изменения направления полета служили подвижные поверхности на задней кромке крыла. Их одновременное отклонение обеспечивало торможение в воздухе при заходе на посадку.

В 1909 г. Вейс построил планер из бамбука и полотна с размахом крыла 8 м. По аналогии с птицей крыло имело более толстый профиль у основания, постепенно утончающийся к концам.

"Эол"

"Авион-3"

Самолет Вуйя

Самолет Эллехаммера

Самолет Этриха и Велса