Удивительная история аэронавтики от дымного шара до паровой ракеты
Алексей «Рекс»

Однажды Вальтера Скотта спросили, почему он пишет о героях давно былых времён? Ведь есть же востребованные публикой современные темы про людей, деловой хваткой уверенно строящих свой успех. На что Вальтер Скотт ответил:

– У тех, кто посвятил себя наживе, нет биографии. О них можно написать, пожалуй, одну единственную строчку: дату рождения и дату смерти.

Дизайнер обложки Алексей «Рекс»

Иллюстратор Алексей «Рекс»

© Алексей «Рекс», 2025

© Алексей «Рекс», дизайн обложки, 2025

© Алексей «Рекс», иллюстрации, 2025

ISBN 978-5-0067-4927-6

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Присказка о лампочках

Все мы знаем про лампочку Ильича. Но это лишь лозунг. Придумал-то электрические лампочки конечно же не вождь мирового пролетариата, а Эдисон… Да вот нет. Томас Алва Эдисон (Thomas Alva Edison) хоть и правда был весьма изобретательным человеком, но электро-лампочку он не придумал сам – это сделал англичанин Уоррен де ла Рю (Warren de la Rue) ещё в 1840 г. Его лампочка уже имела платиновую спираль в стеклянной вакуумной колбе. А Эдисон аналогичную, только с дешёвой угольной нитью, лампочку – запатентовал в 1879 г. Почти на 40 лет позже. Ну а что, пусть вещь уже известная, но никем не запатентованная, так я первым буду! Чем вызвал недовольство многих. В числе коих оказался и химик Джозеф Уилсон Суон (Joseph Wilson Swan), чья фамилия в русской литературе обычно указывается как Сван или иногда Свен, напоминая этим о шведских корнях английского учёного. И он, в пику Эдисону, запатентовал способ изготовления герметичных стеклянных колб для лампочек. А без колбы лампочка Эдисона светить не могла. Пришлось Эдисону брать Свана в компаньоны, и производимые их предприятием лампочки в ту пору назывались лампами ЭдиСвана. И именно под таким названием вошли в произведения той поры и в частности в культовый детективный роман Конан Дойла «Собака Баскервилей».

Я эту занятную историю рассказал лишь к тому, что нынче, друг мой читатель, её уже нигде не прочтешь. Забылась она. И всезнающая Википедия как-то её позабыла. Так может и не было её?

Мы забываем историю – которая происходила на глазах наших отцов и дедов ещё вчера.

Я собираюсь рассказать, как Человек осваивал обитель богов – небеса. И всё о чём я буду рассказывать, по меркам истории произошло совсем недавно.

Но знаем ли мы правду про это недавнее время?

Знаю ли правду я?

Но если я умолчу то, что известно сейчас мне – то завтра и эти знания будут забыты. Как история лампочки ЭдиСвана. А я знаю кое-что посущественнее, чем история одной лампочки.

Обещаю:

от моего рассказа удивишься не раз.

А потом удивишься ещё больше.

Да вот прямо сейчас.

17 декабря 1903 г полёт аэроплана братьев Райт открыл эру авиации.

17 декабря 1903 г научило Человечество летать на аэропланах.

17 декабря 1903 г сделало для авиации… – ничего.

Вообще ничего.

Зеро. Ноль, Нет хуже, меньше ноля. И сказать спасибо за это мы должны братьям Райт. Но ведь они в тот день полетели, разве нет? Да полетели. Вот только… Впрочем, будем разбираться по порядку. Ведь началось всё намного раньше.

Пламенное сердце

Без мотора самолёт не полетит. И дирижабль с мотором полетит лучше, чем без него Хотя дирижаблю подняться в воздух и без мотора можно. Но вот чтоб лететь именно туда, куда хочешь – без мотора воздушному судну не обойтись. Но как мы все прекрасно знаем из истории, до братьев Райт подходящего мотора не было. И даже им ещё пришлось повозиться с улучшением бензомотора, чтоб он стал пригоден для полётов.

Но что не так было с другими моторами?

Когда вообще человечество изобрело первый мотор?

Коли уж мы размышляем про полёты в небесах, то первыми на ум приходят ветряные мельницы. Но вероятно раньше появились мельницы водяные. И современным археологам известны руины некоторых из подобных сооружений ещё древне-римской эпохи. Возможно были и более ранние, но от них и следа не осталось.

А из того что до наших времён сохранилось, самым древним механизмом, который можно в некотором роде отнести к примитивным моторам, является каменный гончарный круг из Междуречья. И пользовались тем гончарным кругом ещё древние шумеры около 4.5 тысяч лет назад. Здоровущий каменный диск с отверстием для оси, на которой он вращался. Ближе к краю ещё одно отверстие поменьше. В него вставлялась рукоятка. Гончар дёргал за рукоятку, раскручивая тяжёлый диск, и пока тот по инерции вращался, на нём из глины лепили новый кувшин. Очень простой механизм. Имя ему маховик. Механизм очень надёжный, ломаться в нём нечему. Но явно не только для аэроплана, но вообще для любого транспорта в таком виде он не годен. Потому что он всего лишь запасает энергию, которую ему сообщили. И гончар мог придать ему ровно одну человеческую силу. А это не так уж много, чтоб далеко на этом запасе энергии уехать.

Самый древний настоящий двигатель это паровая турбина Герона Александрийского, придуманная 2 тысячи лет тому назад. В самом примитивом виде это шар с припаянной к нему гнутой трубкой. В шаре вода, под шаром огонь, вода превращается в пар, который вырываясь через гнутую трубку, заставляет шар вращаться. Получилась самая настоящая паровая турбина реактивного действия. Современными реконструкторами построена чуть более сложная установка, в коей шар вращается на оси, сама эта ось при том является трубой для подачи пара из отдельно стоящего парового котла. И гнутых трубок к шару припаяно 2, это нужно для уравновешивания реактивного момента. В таком виде паровая турбина Герона уже не совсем игрушка, а даже может производить полезную работу.

Но современники хитроумного Герона не испытывали нужды в таком двигателе, и о забавной игрушке забыли.

Не поверите, но следующий изобретённый человечеством двигатель это опять-таки паровая турбина. Но теперь уже работающая по активному принципу – пар дул на лопасти, закреплённые по ободу колеса, заставляя его вращаться. Собственно так же пар вращает и роторы турбин современных электростанций. Но та древняя турбина электричество не вырабатывала. Её придумал живший в Египте в XVI веке турецкий учёный Такиюддин аш-Шами – для вращения вертела.

Видимо задача облечения труда на кухне, в средние века казалась очень актуальной, поскольку век спустя, для тех же целей в 1629 г аналогичную конструкцию предложил итальянец Джованни Бранка (Giovanni Branca).

Вот так человечество сразу начало с турбин – которые мы считаем самыми совершенными из двигателей. И когда, друг мой, ты уже удивлён и быть может даже ищешь следы вмешательства внеземных прогрессоров в судьбу человеческой цивилизации, позволь я тебя немного разочарую: те древние турбины – по сути своей колёса водяных мельниц. Разве что размером поменьше, да вместо воды бьёт поток пара. Как видим, никакого чуда или вмешательства инопланетного разума тут не потребовалось. Обычное размеренное развитие цивилизации.

Изобретения хорошо приживаются там, где они востребованы. Видимо повара не оценили услуг изобретателей. А вот шахтёры очень нуждались в устройствах для откачки воды из шахт. Шахта ведь под землёй. И вода в неё так и норовит затечь. И вычерпывать её руками очень утомительно.

Потому дальше развитие паровых машин пошло в виде паровых насосов. Они не были двигателями в нашем понимании. Откачка воды в них производилась путём её выталкивания паром. Таковы были машины англичанина Эдварда Сомерсета 1655 г и более поздняя установленная им в замке Реглан в 1663 г.

Следующий шаг в улучшении паровой машины произвёл работавший в Англии французский учёный Дени Папен (Denis Papin). Он хотел получить вакуум. Для чего подавал в цилиндр горячий пар, а когда тот охлаждался и конденсировался, то в цилиндре возникало разряжение. Папен сообразил вставить в цилиндр подвижный поршень, и так создал собственно машину с поршнем в 1680 г – правда это была строго стационарная машина. Но заслуга Папена ещё и в том, что он автоматизировал цикл работы машины – а это оказалось и возможно и необходимо, поскольку в его конструкции паровой котёл от самой машины отделён. Это было гениальное решение, позволившее инженерам в дальнейшем раздельно совершенствовать два агрегата – машину и котёл.

Всё это были по сути ещё только эксперименты. Очень интересные, но… кому вообще это надо?

И что же изменило отношение современников к этим забавным, но никому не нужным механизмам?

Экономика.

Вот тут самое время удивляться.

Ибо в 1694 г произошло крайне удивительное событие – был основан Центробанк Англии, за полновесные золотые раздававший бесполезные бумажные ассигнации в 20 фунтов достоинством каждая. Для большинства простолюдинов одна такая банкнота была целым состоянием. Потому-то подавляющее большинство населения Англии тех банкнот и в глаза не видело. Как расплачивались медным фартингом за еду с общего стола в дешёвой харчевне, так и продолжили. И даже в начале XX века, когда иной квалифицированный английский рабочий уже получал зарплату в пару фунтов в неделю, подержать в руках бумажную ассигнацию доводилось далеко не каждому жителю Великой Британии.

Совсем иное отношение к этим бумажкам возникло у обеспеченной прослойки английского общества. По сути, хитроумный Центробанк, вовлёк всех состоятельных людей Англии в коллективный сговор. Было обещано что через 20 лет банкноты можно будет обменять у банка обратно на звонкую монету. И тогда каждый вложенный фунт превратиться в полновесную гинею. То есть станет стоит на целый шиллинг дороже. Доходность в 5% за 20 лет тогда, при характерной для товарооборота за наличный благородный металл долгосрочной стабильности цен и практического отсутствия инфляции – да это было заманчиво выгодное предложение.

Конечно все деловые люди Англии поспешили обменять свои золотые на ассигнации. А вслед за тем и меж собой деловые расчёты стали вести в ассигнациях.

И внезапно в Англии случается бум производства. Ранее ограниченная нехваткой звонкой монеты, теперь промышленность воспрянула и расправила могучие плечи. И вот уже Англия отстраивает в третий раз морской флот, до того полностью потерянный дважды в ходе предыдущих англо-голландских войн – и третья война наконец-то выиграна. Благодаря чему теперь, подвинув только вчера практически монопольно владевшую всем рынком морских грузоперевозок Голландию, уже Британия Владычица морей диктует всем своё Морское право, лихо ведёт торговлю с колониями, как своими, так и чужими, а при случае и не стесняется прибрать к своим рукам всё, до чего те руки могут дотянуться.

Но не будем забывать Маркса, который мудро замечал, что цена денег зависит не от накопленного страной богатства – а от количества производимого в этой стране натурального продукта.

Итак, ловко провернув аферу с выпуском ассигнаций, теперь Англия оказалась перед необходимостью поддерживать их цену. И для этого был только один способ – развивать производство.

Вот тут-то и оказались внезапно востребованными все эти прежде ненужные забавные механизмы.

В 1712 г английский кузнец Томас Ньюкмен (Thomas Newcomen) создал свой атмосферный (или вакуумный) двигатель, который стал практическим воплощением машины Папена для откачки воды из шахт. И естественно в шахтах он быстро и нашёл широкое практическое применение, поскольку это было куда удобнее всяких норий, вращаемых лошадьми.

А спустя ещё 24 года родился Джеймс Уатт (James Watt). Тот самый Уатт, которого часто называют изобретателем паровой машины. Но нет, он не изобрёл саму машину. Он взял машину Ньюкмена, ту самую стационарную машину – и улучшил её установкой изобретённого им конденсатора.

Но это ещё были стационарные машины, где полезная работа осуществлялась при ходе поршня лишь в одну сторону, причём под действием атмосферного давления. А когда пар давил на поршень, то это был холостой ход при котором никакая полезная работа не производилась.

И лишь в 1782 году, продолжая размышления над недостатками конструкции Ньюкмена, Уатт изобретает паровую машину двойного действия – которая уже годится в качестве двигателя, а не только насоса для откачки воды.

Между прочим, для своего завода в Сохо, Уатт построил паровую машину «Олд Бесс», которая проработала 71 год. Неплохая надёжность была у старинных механизмов, не правда ли?

Именно Уатт ввёл первую единицу мощности – лошадиную силу. И его именем названа современная международная единица мощности – Ватт.

Однако, признавая заслуги Уатта, заметим, что ещё в 1720 г, то есть когда Уатт и родиться ещё не успел, немецкий физик Якоб Лейпольд (Jacob Leupold) изобрёл паровую машину высокого давления. И это его изобретение уже позволяло как резко повысить КПД, так и делать машины уже не стационарными, а гораздо меньших размеров. Однако практически такие машины были созданы лишь к концу XVIII века, и собственно усилиями Уатта.

Так что хоть Уатт и не был первым – но вклад его неоценим.

К слову, когда говорим о паре высокого давления того времени, это давление всего лишь около 3.5 атм. Для сравнения водопровод в типичном современном многоквартирном доме рассчитан на нормальное эксплуатационное давление 3 атм. Чего по нашим современным взглядам очень мало для работы двигателя. Но так мы полагаем сейчас. А в те далёкие времена рабочее давление аж в 3.5 раза больше давления в прежних атмосферных машинах (они же вакуумные), казалось настоящей технической революцией. К тому же у новых паровых машин отсутствовал холостой ход, теперь пар давил на поршень при его ходе в обе стороны – а значит и полезная работа совершалась постоянно, и КПД таких машин возрос сразу в разы. А главное такие машины уже могли быть не стационарными.

Занятный факт: давление в те времена ещё не указывали в числе атмосфер. А говорили «50 фунтов на квадратный дюйм». Такая сила давит примерно как 20 кг на 5 рублёвую монетку.

Собственно, кто держал в руках какой-нибудь пневматический гайковёрт – знайте, вы держали в руках самую настоящую паровую машину. Подайте в неё вместо сжатого воздуха хорошо разогретый пар, и будет крутить гайки ничуть не хуже. Отделённая от котла паровая машина может быть очень компактной и лёгкой. Да и котёл, по отдельности от паровой машины, можно сделать любым каким потребуется.

И вот он – важнейший для нас момент истории:

в 1764 г военный инженер Никола-Жозеф Кюньо (Nicolas-Joseph Cugnot) получает официальное поручение от французского военного министра маркиза де Шуазёль (de Choiseul) на создание парового тягача для артиллерии. В октябре 1769 года Кюньо представил свою «малую телегу». Двухцилиндровая паровая машина рабочим объёмом 50 л, выдавала аж 2 лошадиных силы, что позволяло «телеге» массой 5 т двигаться со скоростью 4 км/ч, то есть её легко обгоняли пешком. Паровой котёл не имел топки, под ним разжигали костёр, ждали пока давление пара станет достаточным, затем начинали демонстрацию. Воды и пара хватало на 12 минут, но демонстрация была признана успешной, даже несмотря на то, что из-за неудобства управления, закончилась столкновением со стеной арсенала. А в следующем 1770 г пришёл черёд и «большой телеги», котёл которой уже имел собственную топку и заправлялся дровами. Машина прошла пробег в 7 км, и кстати, сохранилась до наших дней. Но в том самом году министр попал в опалу по подозрению в недостаточной лояльности, а вслед за ним опала постигла и опекаемого министром изобретателя.

И про вредное изобретение забыли так, что спустя 30 лет в соседней Англии Ричард Третевик (Richard Trevithick) изобретал самостоятельно всё заново – и у него получился паровоз, чтоб таскать вагонетки по рельсовым путям в шахтах. Рельсовые-то пути в шахтах уже давно были, только вагонетки таскали либо люди, либо лошади. Паровоз с этим справлялся много лучше, а вскоре и рабочие приноровились ездить на вагонетках, а рельсы прокладывали уже не только под землёй, но по поверхности – между шахтами.

Через пару лет после публичной демонстрации паровоза Третевика, в 1813 г Уильям Хедли (William Hedley) строит своего «Пыхтящего Билли» (Билли уменьшительное от Уильям, то есть паровоз прозвали в честь его создателя). Если паровозу Третевика, чтоб двигаться, требовалась уложенная меж рельсов зубчатая рейка, то «Пыхтящий Билли» двигался только за счёт сцепления колёс с рельсами. И проработал он аж до 1871 г – то есть 59 лет. Надёжность старинной техники впечатляет, не правда ли? Кстати этот паровоз сохранился до наших дней. Будете в Лондоне проездом, загляните в Музей науки, полюбуйтесь.

Так что когда 15 сентября 1830 г Джордж Стефенсон (George Stephenson) официально открыл первую в Англии и в мире публичную железную дорогу Ливерпуль – Манчестер, уже давно имелось всё – и рельсовые пути, и паровозы и даже пассажирские вагоны. Собственно, сам Стефенсон строил железные дороги аж с 1814 г, но то были дороги частные для обслуживания шахт. И Стефенсон был не единственный их строитель, тот же Третевик был его конкурентом. И, как мы понимаем, не он один.

Но прежде нужно было преодолеть самую главную трудность на пути открытия первой публичной железной дороги. Что же это? А это – бесконечные слушания в различных бюрократических комиссиях, коих в Британской империи бесчисленное множество. И все радеют о пользе Британской короны, а пуще того о пользе подданных. Это ж пока ты частную дорогу в своих частных владениях прокладываешь, там твори чего хочешь. А коли для публики – попробуй-ка объясни разным чиновникам, а особенно общественным депутатам для чего это надобно-то? Жизнь нашу привычную ломать вздумал! Так в одной из комиссий Стефенсону задали вопрос:

– Рельсовый путь предполагается проложить через поля. Но скажите, не будут ли пасущиеся на тех полях животные пугаться раскалённых топки и трубы паровоза?

Не моргнув глазом Стефенсон ответил:

– Нет. Животные будут думать, что труба и топка выкрашены в красный цвет.

И вот же странное дело, чиновника такой ответ вполне удовлетворил. Хотя в те же самые годы законы против паровых омнибусов вводили как раз под предлогом, будто лошади пугаются паровых машин.

Но оставим этих странных англичан с их загадочными законами. Главное мы уже узнали.

В первой четверти XIX века уже существует множество различных паровых машин – в том числе достаточно широко распространены и машины, устанавливаемые в качестве двигателя на различный транспорт. И не было принципиальных препятствий создать машину и котёл лёгкими и компактными – как мы увидим далее ничуть не хуже бензомотора.

Казалось бы уже можно в полёт… но чего-то не хватает.

Немного аэродинамики

Дальше нам без знания азов аэродинамики не обойтись. Потому что как примутся любители истории спорить что могло летать, а что нет, так и несётся с разных сторон «Ну-ка, ну-ка какое там было аэродинамическое качество?» или «А скажи-ка какая была нагрузка на крыло?» – да о чём же спор?

Давайте начнём с самого понятного – с нагрузки на крыло.

Вот возьмём гирю пудовую – и нам сазу ясно, никуда эта гиря не полетит. Но любой самолёт многократно тяжелее этой гири – а летит. И мы знаем, он летит, опираясь на воздух. А гиря легче самолёта, но не летит. И мы понимаем почему. У самолёта большая площадь опоры крыльев на воздух, а у гири никакая. Нечем ей на воздух опереться, вот она и не летит.

Нагрузка на крыло это сколько килограмм полётного веса приходится на квадратный метр площади крыла. Вес тут важен именно полётный. Не сухой, а с полной заправкой топливом и пилотом на борту. А ежили положено в небо поднимать ещё какой груз, то и его учитываем в полётный вес. Иначе нельзя. Так вот, те этажерки, что храбро сражались в небесах в Первую Мировую, (и пилоты которых яростно перестреливались друг с другом из револьверов) – у них типичная нагрузка на крыло от 30 до 40 кг/кв. м. Но вот планёры, они должны быть очень лёгкими чтоб воспарять под облака на восходящих потоках нагретого воздуха. Вернее, у них должна быть как можно ниже нагрузка на крыло. Но не совсем, потому как если эта нагрузка уж очень мала, то взлетит конечно легко, но управлять полётом такого планёра станет невозможно, ибо его любым ветерком сдувать будет. В итоге проб и ошибок родился оптимум для планёров – минимальная удельная нагрузка на крыло 5 кг/кв. м.

Аэродинамическое качество, простыми словами, это сколько километров планер (или самолёт с неработающим мотором) пролетит будучи отпущенным в полёт с высоты в 1 километр.

Разумеется, для аэродинамического качества существует более научное определение. И формула. Даже целый график зависимости этого самого качества от установившейся скорости летательного аппарата. Ибо при разных скоростях и качество окажется разным. И разумеется для каждого аппарата график зависимости аэродинамического качества от скорости полёта будет свой. Но мы обойдёмся без этих сложностей, нас вполне устроит и самое простое объяснение.

Аэродинамическое качество пушечного ядра намного меньше 1, потому ядро в планирующем полёте улетит недалеко. Аэродинамическое качество воробья 4, с таким качеством уже можно летать, вот правда крылышками махать приходится часто. Зато у чайки аэродинамическое качество 10, и каждый из нас хоть раз в жизни любовался чайкой, парящей над волнами без единого взмаха крыла.

Есть, разумеется, и математически точная формулировка. К ней мы ещё вернёмся далее. А сейчас отметим вот что:

1) очевидно, что летательный аппарат тем дальше летит, чем меньше теряет скорость при движении в воздухе

2) а значит чем меньше лобовое сопротивление – тем дальше улетишь – тем выше должно получаться аэродинамическое качество

3) однако аэродинамическое качество так же улучшается – с ростом удлинения крыла

Я вам обещал, что в этой книге удивительное будет? А что же сейчас мы узнали удивительного?

Так ведь чем длиннее крылья – тем выше лобовое сопротивление. И от этого аэродинамическое качество должно падать казалось бы. А на деле выходит так, что не падает, а наоборот, лучше становится. Что за удивительный парадокс?

Но это ещё не всё. Куда удивительнее будет, когда узнаем, что же такое это самое удлинение крыла.

Ведь это определённо самый важный, нет, наиважнейший параметр любого самолёта! И в этом свято уверены все юные и даже не очень юные спорщики. Которым одного взгляда, к примеру, на аэроплан Можайского достаточно, чтоб уверенно заключить:

– Да как он в принципе мог взлететь с таким удлинением крыла?

А я вот смотрю на воздушного змея. Человечество эту забаву освоило так давно, что мы даже не знаем, когда именно. Сперва где-то на Дальне Востоке. А европейцы стали запускать воздушных змеев в XVIII веке. То есть, как раз когда впервые всерьёз задумались про полёты. Запускали змеев, впрочем, отнюдь не учёные мужи, и не ради науки. Голландцы придумали зимнюю забаву, катание на коньках по замёрзшему морю. А ещё веселее запустить змея и, держась за его леер, мчатся за ним как за парусом.

Так вот, классический воздушный змей имеет удлинение крыла ещё хуже, чем у самолёта Можайского. Однако и сам парит в небесах, да и ещё и развесёлого голландского конькобежца за собой утягивает. Уж не иначе как силой магии? Ну или кто-то плох учил аэродинамику. Либо воздушный змей, либо типичный юный (или не очень) спорщик.

Да что же это за таинственное удлинение крыла?

Удлинение крыла это отношение квадрата размаха к площади.

Вот теперь можете удивляться.

Спрашиваете, чему же теперь удивляться?

Хорошо, давайте все вместе в погожий летний день выйдем на мост над судоходной рекой. Поди под нами не только баржи грузы везут, но вон кто-то на катере решил прокатиться с ветерком. И я спрошу:

– Вон катер. На глаз, какое у него удлинение корпуса?

И любой тут же ответит что-нибудь в духе:

– Похоже 1 к 5, но нет, скорее 1 к 7, отсюда трудно точнее сказать.

Ответит, при том не задумываясь соотнося ширину катера в его самом широком месте, с его длиной. Именно это все мы понимаем под удлинением.

Но как только речь заходит об удлинении крыла – оставьте в стороне бытовую логику! Удлинение крыла это отношение квадрата размаха этого крыла к площади этого крыла.

Хорошо знающий математику читатель конечно уже смекнул в чём тут дело. Если мы возьмём прямоугольное в плане крыло, то как у любого прямоугольника, удлинение это отношение длины к ширине…

Вот тут и возникает первое небольшое недоразумение. Крыло-то поперёк самолёта стоит. И получается что ширина – это насколько крылья раскинулись в стороны. Это самая длинная сторона прямоугольника… А как же тогда называется другая сторона?

Хорда – вот как называется тот размер крыла, который направлен вдоль оси движения летательного аппарата. А размер крыла поперёк оси движения это – размах.

И для прямоугольного в плане крыла его удлинение равно отношению размаха к хорде. И можете проверить, оно в точности совпадёт с формулой, приведённой выше, где мы соотносим квадрат размаха с площадью крыла.

Но тогда зачем эти сложности?

А затем, что крылья бывают не только прямоугольные, но самых разных форм. К примеру, вот треугольное крыло какого-нибудь современного истребителя. Бытовая логика подсказывает нам, что хорду надо взять самую наибольшую, ведь именно так мы поступали, оценивая удлинение катера. Но в случае с подсчётом удлинения крыла это грубейшая ошибка. Поступи мы так, и ошиблись бы в расчёте ровно в 2 раза.

Потому что в этом случае хорду нужно брать не наибольшую – а среднюю.

Однако крылья-то бывают и весьма странных форм. Немало самолётов имели овальные в плане крылья. А ещё бывают крылья стреловидные. И даже с обратной стреловидностью. Да даже самолёты с кольцевыми крыльями летали! И как для вот таких определить где их средняя хорда?

Потому вместо хорды подсчитывают площадь крыла. По поводу какова площадь, споров не возникает. Но раз у нас вместо средней хорды теперь площадь, а она измеряется в квадратных метрах, то для сохранения прежнего соотношения, согласно теореме Пифагора, мы должны и размах возвести в квадрат.

Вот именно потому:

Удлинение крыла это отношение квадрата размаха к площади.

Хотя одновременно:

Удлинение крыла это отношение размаха к средней хорде.

Хорошо, мы теперь знаем, как правильно подсчитать удлинение крыла. Но каким волшебством оно влияет на аэродинамическое качество?

Не волшебством, а индукционным сопротивлением воздуха. Пока мы рассматриваем полёт крыла где-нибудь посерёдке, там воздух обтекает крыло по направлению полёта. И под крылом будет зона повышенного давления, а на крылом пониженного. Что и создаёт подъёмную силу.

Но на законцовках крыла ничто не мешает воздуху перетечь за боковую поверхность. И с нижней плоскости, где воздух сжат крылом, он охотно принимается перетекать на верхнюю плоскость, где царит разряжение. Ибо природа не терпит пустоты.

На концах крыльев возникают невидимые глазу воздушные вихри. Которые между тем могут быть весьма существенного размера. А самолёт, получается, тащит эти невидимые но вполне реальные вихри на кончиках своих крыльев. А значит эти концевые вихри создают сопротивление движению – вот это явление и называется в аэродинамике индукционным сопротивлением.

Но если сделать крыло размахом поболе, то паразитные вихри теперь будут затрагивать уже относительно меньшую площадь крыла. Значит подъёмная сила увеличится – а с тем и планёр сможет улететь дальше – что и отразиться в улучшении показателя аэродинамического качества.

Однако удлинение крыла лишь один из способов борьбы с паразитным индукционным сопротивлением. Можно затруднить перетекание воздуха, установив на концах крыльев аэродинамические шайбы. И даже без шайб можно так подобрать форму крыла в плане, чтоб концевые вихри получались возможно меньшего размера.

Наилучшая форма крыла в плане это овал. Но технически крыло правильной овальной формы изготовить сложнее, а конструкция его скорее всего окажется тяжелее, чем у технологически более простых крыльев.

Как видите, никакого иного чуда удлинение крыла не производит. Не оно является определяющим фактором для ответа на сакраментальный вопрос «полетит? не полетит?»

А изобретатели XIX века уж точно про удлинение крыла не беспокоились. Тем более воздушные змеи прекрасно летали и с никудышным удлинением. И продолжают летать поныне. И про аэродинамическое качество в XIX веке ещё не подозревали. В лучшем случае интуитивно догадывались о роли нагрузки на крыло. И то по аналогии с парусом корабля. Большой парус лучше улавливает ветер, корабль скользит по волнам быстрее. Значит, чем крыло или парус больше, тем лучше.

Тогда

почему парус не летает?

В самом деле, ведь самолёт держится в воздухе, по сути опираясь на этот самый воздух своими крыльями. Ведь совсем как парус! Именно так примитивно и понимали природу полёта аэроплана поначалу.

Но конечно просвещённый читатель уже спешит поправить меня, неразумного автора:

Подъёмную силу крыла создаёт разница давлений на его нижней плоскости, где при движении в воздушном потоке давление становится выше, и верхней плоскости, где при движении в воздушном потоке давление становится ниже. Стыдно автору не знать этих азов. Это же вытекает из закона Бернулли! Автор, ты что плохо физику в школе учил?

Автор конечно мог бы заметить в свою защиту, что всё же образование подъёмной силы крыла продиктовано не одним физическим законом, а двумя. И второй это ньютоновская механика. Но куда интереснее рассмотреть полёт с точки зрения закона Бернулли.

Сам закон Бернулли был хорошо известен учёному миру ещё с середины XVIII века. И собственно тогда же за объяснение природы полёта через этот закон взялся Жан Ле Рон д'Аламбер (Jean Le Rond d’Alembert), который жил в 1717—1783 годах, то есть был как раз современником того самого семейства гениев Бернулли (Bernoulli).

И вот что д'Аламбер заметил:

согласно закону Бернулли, сумма давлений на симметричное тело в потоке идеальной жидкости должна быть равна нулю – а значит, подъёмной силы быть не может.

Размышляя дальше, д'Аламбер тот же умозрительный вывод подвёл и под несимметричное тело. Причём картину обтекания крыла набегающим потоком он себе представлял да почти так же, какова она в нашем современном представлении. И как мы в своих современных объяснениях уповаем на закон Бернулли, так и д'Аламбер апеллировал к нему же. И весь ход его рассуждения выглядел очень логичным, а проверить средств ещё не было.

Учёные мужи всего мира поверили своему собрату на слово. Ведь логика его была неоспорима. И основана на законе Бернулли, который проверен многократно.

Так что, согласно закону Бернулли, никакой подъёмной силы у крыла быть не может – так постановил весь учёный мир. Позже это вошло в историю как парадокс д'Аламбера.

И прожил сей парадокс в науке весь XIX век. В лучшем случае возможность полёта понимали через упомянутую ньютоновскую механику: крыло это парус, на который дует ветер, а парус ветер отклоняет и потому сдвигается сам вверх, согласно сложению векторов. Да вот же взгляните на воздушный змей – его полёт отлично объясняется одной лишь ньютоновской механикой. А как гласит ещё один незыблемый постулат логики, а именно Бритва Оккама:

– Не множь сущности без нужды.

Если явление отлично объясняется, то и ни к чему выдумывать новые объяснения.

И ведь не поспоришь. Крыло всегда имеет к набегающему на него потоку какой-то угол. Его называют углом атаки.

Угол атаки есть всегда. Он есть у планёров, раскинувших свои крылья очень широко. И есть у крылатых ракет, крылышки которых кажутся слишком малыми. Но даже они, благодаря углу атаки и скорости полёта, обеспечивают подъёмную силу в полном соответствии со сложением векторов по ньютоновской механике.

И если взять абсолютно симметричный профиль, который, и тут мы полностью согласны с д"Аламбером, никакой подъёмной силы создать не может – но поставив его к набегающему потоку под углом атаки, подъёмную силу получим.

И если взять несимметричный профиль, самый лучший аэродинамический профиль крыла, обеспечивающий набольшую подъёмную силу одной лишь своей формой – то построив его усреднённый вектор увидим, что этот профиль уже скрывает внутри себя некоторый угол атаки.

Потому объяснить полёт через угол атаки и ньютоновскую механику можно было легко.

И парадокс д'Аламбера для всякого образованного человека выглядел неоспоримой истиной.

Парадокс Д'Аламбера прекрасный пример научного парадокса, который на своём этапе развития научного познания выглядит правдоподобным настолько, что не вызывает сомнений – однако позже оказывается чистой воды недоразумением. Таких парадоксов наука знала уже немало. И вполне возможно, что и иные из современных теорий, выглядящих ныне незыблемыми истинами, в будущем будут опровергнуты. Кто знает, быть может эта судьба постигнет теорию относительности Эйнштейна или им же выдвинутую гипотезу о тёмной материи (кстати последняя уже пошатнулась под открытиями, сделанными российским космическим аппаратом Спектр-РГ).

А когда же наука опровергла парадокс д'Аламбера?

Если и не основной, то точно немалый вклад в это внёс Николай Егорович Жуковский, живший в 1847—1921 годах. Он создал ЦАГИ, построил первую отечественную аэродинамическую трубу. И не маленькую, какие строили ранее, а достаточно большую для продувки больших моделей. Что и дало возможность практически убедиться, как форма крыла влияет на подъёмную силу, вопреки чисто умозрительным предположениями д'Аламбера. Не будем судить последнего строго, ведь в его распоряжении вообще никакой аэродинамической трубы ещё не было, и проверить свои выводы он никак не мог. Наконец Жуковский разработал теорию крыла – создав математическую модель, которая для обычного человека выглядит непостижимо хитрой, а для математика изумительно изящной.

Но это уже был XX век.

А почти весь XIX век аэродинамики по сути ещё не было, подлинного понимания природы полёта не было. И даже насчёт природы воздухоплавания царили весьма парадоксальные заблуждения. Кстати тут самое время вспомнить о воздухоплавателях, ведь они поднялись в небо на век раньше авиаторов.

Плывущие в облаках

Перенесёмся в последнюю четверть XVIII века. Все знают, что первыми взлетели на воздушном шаре братья Монгольфье (Montgolfier). Только это не верно. Да и взлетел их воздушный шар по ошибке. А было дело так.

Зимой 1782 года Жозеф-Мишель и Жак-Этьен грелись у камина в своём доме. Они владели шпалерной мануфактурой, то есть были фабрикантами обоев. И дела их шли неплохо. Так что они могли предаваться отвлечённым размышлениям, наблюдая за горящим в камине пламенем.

Тут надобно понимать, что такое камин. Настоящий хороший камин ничем не отличается от доисторического очага с костром. Разве что устроен этот очаг не посреди юрты кочевника, а у стены комнаты в крепком доме, что гораздо практичнее во всех отношениях. Но суть-то та же самая – в камине разжигают костёр. И греет он пламенем своим. Открытым пламенем. А как же тогда спастись от дыма? А только один вариант остаётся – над костром надо устроить просторную трубу, в которую будет вытягивать дым. Кстати вместе с большей частью тепла. Но в Западной Европе климат мягкий, потому братья у своего камина не замерзали. А любовались пламенем. Когда их внимание привлекли искры.

А ведь искорка это что? Это уголёк. Маленький уголёк, который горит, поднимаясь от костра вверх вместе с дымом.

Но ведь уголь тяжелее воздуха. Уголь должен падать вниз. Какая же сила увлекает искры вверх?

Братья настолько озадачились этим, что провели эксперимент с попавшимся под руку мешочком из тончайшего шёлка. И тот, будучи наполненным дымом от очага, взмыл под потолок комнаты!

Как образованные люди своего времени, братья разумеется были наслышаны об электричестве. Электричеством тогда пытались объяснить всё в мире, и даже существовала популярная в ту пору теория животного магнетизма, врачи пытались лечить пациентов магнитами, и в самой первом в мире научно-фантастическом романе «Франкенштейн» оживление монстра свершается силой молний. То есть опять-таки электричеством.

Братья тут же пришли к выводу, что конечно же полёт явление электрическое. Дым насыщается электрическим зарядом, благодаря чему отталкивается от Земли. А лучший эффект, очевидно, даст сжигание шерсти и соломы – собери их дым в мешок-оболочку и лети! Кстати, оболочку не обязательно делать из дорогого китайского шёлка, вполне подойдёт и бумага с их семейной обойной мануфактуры.

Сперва они экспериментировали у себя дома. Их первый шар был весьма скромных размеров и целиком бумажным.

А первый публичный запуск шара – 4 июня 1783 года в городе Аннонэ. Это была всего лишь пустая оболочка без какого-либо полезного груза. Правда оболочка уже довольно большая, 11.5 м в поперечнике. Объём 790 куб. м, в 27 раз больше первого шара братьев. При таких размера пришлось наклеивать бумагу на холст, в итоге вес шара составил аж 200 кг. Пустого шара.

И несмотря на ошибочное толкование причин полёта, шар воспарил. Но пустой.

Ещё никто не взлетел.

В том же самом 1783 году, там же во Франции, но однако ничего не зная об опытах братьев, профессор Жак Александр Сезар Шарль (Jacques Alexandre Cesar Charles) считал, что лучший источник подъёмной силы это водород. Он взял лёгкую шёлковую ткань и смочил её раствором каучука в скипидаре – получилась прорезиненная оболочка, которая хорошо удерживала летучий газ.

Публичный запуск шара профессора 27 августа 1783 года с Марсова поля в Париже. Шар привлёк толпу в 300 тысяч зевак, при том что был весьма скромных размеров, всего 25 кубометров объёмом. И это был полёт без груза.

Ещё никто не взлетел.

Но не стоит думать, что в это время братья Монгольфье сидели сложа руки. Нет, они так же видели свой путь к успеху через Париж. Однако так же им было понятно, что Париж не удивишь пустым шаром с дымом внутри. Нужно делать шар, способный поднять в воздух человека.

Большой шар.

Очень большой.

Такой шар будет стоить денег.

Тут в долю с братьями вошёл другой шпалерный мануфактурщик Жан-Батист Ревельон (Jean-Baptiste Reveillon). А владел он мануфактурой, находившейся в престижном парижском предместье Сент-Антуан.

С такими связями, 19 сентября всё того же 1783 года Монгольфье демонстрируют полёт шара уже самому королю Людовику XVI и королеве Марии-Антуанетте. Шар взлетел от Версальского дворца, и за 8 минут полёта преодолел 15 километров.

Но полетел на шаре не человек.

К шару была привязана клетка с животными. Баран, петух и утка стали первыми воздухоплавателями. Кстати едва не погибнув в этом опыте, поскольку на высоте шар порвался. Но спустился на землю достаточно плавно, чтоб живые пассажиры в клетке не пострадали. Так было научно установлено, что подъём в воздух на воздушном шаре безопасен для живых организмов.

Однако и после этого оставались сомнения, насколько безопасен такой полёт для человека. Животные ведь скотина неразумная. А братья-то настаивали, что секрет полёта в электрическом газе. А какое действие на человека окажет такой заряд электричества? На его разум, а самое жуткое – на его бессмертную душу? Не будем забывать о странных для нас религиозных суевериях, коим были подвержены даже умнейшие из людей тех времён. Так знаменитый кардинал Ришельё (Armand Jean du Plessis de Richelieu) всю жизнь проспал в специально сделанной на заказ очень неудобной кровати короче его роста. Ибо по поверью, смерть приходит во сне, а потому надо сделать сон максимально неудобным, чтоб ненароком во сне не умереть.

Людовик XVI (Louis XVI) предложил отправить на воздушном шаре осуждённых на вечную каторгу. Авось за обещание амнистии согласятся рискнуть своей душой. А коли потеряют её, так невелика беда, таким негодяям и без божьего суда только адские муки уготованы.

Но предложение короля было отвергнуто. Ибо негоже отдавать честь первого полёта преступникам. Но кто же из добрых христиан решится рискнуть своей бесценной душой?

Смельчаки нашлись.

И 21 ноября всё того же 1783 года в Париже, на воздушном шаре братьев Монгольфье, впервые в воздух поднялись люди – учёный Жан Франсуа Пилатр-де-Розье (Jean-Francois Pilatre de Rozier) и маркиз Франсуа д’Арланд (Francois Laurent le Vieux d’Arlandes). Из опасений, чтоб отважных смельчаков не унесло невесть куда, их шар был на привязи длиной 324 фута – вот на такую высоту они и поднялись. А когда воздух внутри оболочки остыл, то опустились практически туда же, откуда взлетели. Невелико путешествие, но оно открыло полёты по небесам для всей нашей цивилизации.

Как видите, сами братья Монгольфье не удостоились чести стать первыми воздухоплавателями человечества.

Зато с тех самых пор шары, поднимаемые силой нагретого воздуха, называются монгольфьерами.

Тут самое время возмутиться китайцам, поскольку воздушный шар поднимаемый силой тёплого воздуха это их Фонарь Чжуге Ляна – был такой знаменитый полководец эпохи Троецарствия, он запускал подобные фонари тысячами чтоб смутить врагов, которые верили, что хитрый даос подсматривает за ними с неба. Но и он не изобретал бумажный фонарь с подвешенной к нему снизу лампадкой, такие игрушки были известны в Китае за века до него. Вот только в варварской Европе об этом понятия не имели и изобретали всё сами, причём как мы видим, исходя из абсолютно ошибочных предпосылок.

Что ж, порой и ошибки бывают к счастью!

А всего через 10 дней после успеха Монгольфье, 1 декабря 1783 года полёт людей на аэростате Шарля. С тех пор шары, поднимаемые силой летучего газа, называются шарльерами. И между прочим, Шарль взлетел на нём сам.

Однако на этом соревнование воздухоплавателей в том году не закончилось. Спустя месяц после своего первого подъёма в небо, маркиз д’Арланд, решается на свободный полёт. Взмыв из Булонского леса в предместье Парижа, он летит по воздуху в течении 25 минут, на высоте около 100 метров.

Итак, год 1783 завершился успешными полётами людей на двух принципиально разных воздушных шарах. И даже небольшим соревнованием. В котором, к слову сказать, могли принять участие и русские.

Ведь мы говорим про просвещённый XVIII век, научные новости распространяются между академиями молниеносно. И в том же 1783 году действительный член Петербургской академии наук Леонард Эйлер провёл первые научные расчёты по высоте подъёма воздушного шара. Теоретическая база была подведена, можно было переходить к практике. Тем паче что смастерить шар, будь он монгольфьер или шарльер, оказалось не столь уж технически сложной задачей.

На деле же, первый в России полёт воздушного шара произошёл только 20 лет спустя, в 1803 году в Москве.

Потому вернёмся во Францию, где как раз закончился 1783 год.

А уже 24 сентября 1784 года, впервые в небо поднялась женщина. В присутствии шведского короля Густава III, госпожа Тибль взлетела на монгольфьере в Лионе, поднялась на высоту 2700 метров и оставалась в воздухе 142 минуты. И скажу вам, это был только начало. Очень быстро женщины освоились в небе не хуже мужчин.

Но меня удивляет не это. Не полёт женщины на диковинном по тем временам аэростате. И не то, что Монгольфье ошибались, но их шар успешно полетел. И даже не то, что Шарль сразу верно определил природу парения.

Для меня удивительно, что два независимых исследования начаты почти одновременно, и так же независимо закончены успешно, и по сути опять же одновременно. Вот часто ли такие совпадения бывают в истории?

Люди, ничего не знавшие друг о друге, внезапно загораются одной и той же идеей. Которая не сулит выгоды, а скорее сулит расходы и риск, возможно даже смертельный. Эти люди идут разными путями. Но с упорством достигают цели. Хотя их подходы различаются максимально. Но успех и тут и там. И всё это за один год.

Что внезапно сделало этих людей – одержимыми жаждой полёта?

Вероятного Гумилёв объяснил бы такое совпадение всплеском пассионарности. Я не могу об этом судить.

Но продолжим наш рассказ.

Если вы думали, что всё удивительное уже закончилось…

Ну в самом деле, ведь вполне может быть простым совпадением, чтоб сразу два исследования одновременно и независимо друг от друга шли и завершились успешно. Всего-то два! Да конечно это просто совпадение…

Но что вы скажите на тот факт, что этих независимых исследований велось сразу три! Третьим был Бланшар.

Жан Пьер Франсуа Бланшар (Jean Pierre Francois Blanchard) сперва хотел построить махолёт.

Ну знаете, махолёт. Такой летательный аппарат бывает имитирующим полёт либо птицы либо какого-либо насекомого. Насекомые летают очень интересно, вертикально взлетают, у них изумительная манёвренность, но – всё это хорошо работает только при очень малых размерах. Потому птицы летают иначе. Но тоже интересно летают. Умеют взлетать без разбега. Вот хорошо бы такой самолёт сделать, чтоб как птица без аэродрома обходился… Да вот незадача, опять размер имеет значение. В размере самолёта птичий полёт выходит очень энергозатратным, а главное требует такой прочности от материалов крыльев, каковая пока даже теоретически недостижима.

Кстати это подтверждают и сами большие птицы, активно использующие не столько машущий полёт, сколько парение. Как планёр. А вот планёр уже под силу построить и человеку.

Но по совершенно необъяснимой причине поначалу никто и не думал строить сперва просто планёр – который и проще, и полетел бы гарантированно. Вот уж точно удивительно, однако исторический факт. Мы лёгких путей не ищем. Планёр нам не интересен. А вот за тот же махолёт брались с энтузиазмом.

И в 1781 г – то есть за пару лет до взлёта воздушных шаров – у Бланшара махолёт почти получился. Ну как почти? Конечно сил Бланшара не хватало на настоящий машущий полёт. Но он закреплял свой махолёт на длинном рычаге с противовесом, компенсировавшим вес аппарата, а при таких условиях сил человека хватало чтоб взмахами крыльев поднимать себя над землёй.

Справедливости ради замечу, что уже в наше время используя самые лёгкие пластики удалось сделать махолёт на человеческой силе. Его крылья при ходе вверх складываются, уменьшая свою площадь, а при ходе вниз распрямляются, и площадь опоры на воздух увеличивается. Но даже со всеми хитростями получаются только пробежки с подскоками от земли. Впрочем, первый и столь восхваляемый полёт братьев Райт был не шибко лучше. Но об этом мы ещё подробно поговорим позже.

А сейчас, спустя чуть больше года от первых взлётов воздушных шаров, 7 января 1785 г Бланшар на своём аэростате-шарльере успешно перелетает Ла-Манш. Летел он не один, а в компании с американцем доктором Джоном Джеффрисом (John Jeffries), которого во французской историографии порой именуют Джеффри, читая американскую фамилию на французский манер. На перелёт им потребовалось 2.5 часа, что было быстрее плавания на самом быстром паруснике, ведь тот ещё должен будет совершать манёвры для выхода из порта, а потом для захода в порт. А шар летит по воздуху куда угодно. При удаче хоть перед городской ратушей может приземлиться.

Но самое интересное для нас не факт перелёта, а как был устроен шар Бланшара.

Готовясь к перелёту, он приспособил к гондоле шара крылья или лучше сказать полотняные вёсла. Ими он собирался грести по воздуху в случае безветрия. Идейка выглядит сомнительной, однако так или иначе Бланшар изобрёл воздушные рули для аэростата, которые позже оказались жизненно необходимы для дирижаблей.

Удивительное дело, но Бланшар успел испытать эти свои воздушные вёсла ещё в предыдущем году! Пусть он не был первым воздухоплавателем, но 2 марта 1784 г именно Бланшар поднялся в воздух на аэростате, в гондоле коего были установлены два весла. И тут первенство за Бланшаром неоспоримое. Хотя пользы от гребли по воздуху не было никакой. Ну разве только в качестве воздушных рулей.

Однако уже в следующем месяце, 25 апреля 1784 г полёт Гюйтона де Морво (Louis Bernard Guyton de Morveau), физика из Дижона, на шаре с парусами-рулями. Пара парусов работала как рули направления, а ещё пара, по задумке де Морво, должна была служить вертикальными рулями. Впрочем, от вёсел физик не отказался.

Вот казалось бы, только под конец 1783 г удалось человеку впервые подняться в воздух – а чуть больше чем через год перелёт через Ла-Манш. Но самое удивительное это то, что между этими двумя событиями на протяжении 1784 года летать по воздуху принялись кажется все, кто мог себе это позволить. И многие из них пытались грести вёслам по воздуху.

15 июля и 19 сентября 1784 г два полета на аэростате, оборудованном рулем и веслами, выполнили братья Робер (Robert). Анн-Жан и Николя-Луи с самого начала строили шары для профессора Шарля. Нам известно, что оболочка их собственного аэростата имела форму цилиндра с полусферами на концах. Длина составляла 17 м, диаметр 10 м, объем 850 куб. м.

Разумеется, всё это были шарльеры. Для которых был нужен водород. Но разве не проще просто нагреть воздух для полёта на монгольфьере?

За 4 дня до первого полёта братьев Робер, 11 июля 1784 г, в Париже, аббат Миолан (Miolan) и Жанинэ (Janninet) задумали взлететь на реактивном дирижабле. Я не шучу, по замыслу их аэростат должен был двигаться в воздухе под действием реактивной силы, которую сообщал вырывающийся из специального отверстия в середине оболочки горячий воздух. К сожалению, они не учли, что для создания должной силы придётся нагревать воздух в оболочке очень сильно. Их аэростат сгорел.

Можно сказать, то был момент, когда шарльеры обскакали монгольфьеры. Причём практически навсегда.

Но монгольфьеры не сдались сразу. Тот самый Пилатр-де-Розье, один из двух первых аэронавтов человечества, в 1785 году планировал перелететь Ла-Манш на монгольфьере. Спустя полгода после успеха Бланшра, а именно 15 июня 1785 года, он взлетел в компании механика Ромена. Но в полёте оболочка шара загорелась, оба аэронавта погибли – став первыми жертвами воздухоплавания.

За всеми этими рекордами, победами и бедами, от внимания широкой публики ускользнул здоровый рационализм других изобретателей. А таковые были.

Версаль 17 сентября 1785 г. Албан и Балле поднимаются в воздух на самом обычном воздушном шаре, но снабженном парой четырех-лопастных винтов большого диаметра, похожими на крылья ветряных мельниц. Винты вращались мускульной силой, и это был первый случай их практического использования в воздухоплавании. Но случай не последний. В том же 1785 г, парой многолопастных винтов был снабжен также аэростат Пьера Тетю-Брисси (Pierre Testu-Brissy).

И вот это воистину удивительно. Ветряные мельницы ы Европе повсюду. Рядом с Францией страна ветряных мельниц Голландия, само существование которой без этих мельниц было бы невозможно. Исправно работающие воздушные винты у человека тех времён всегда перед глазами.

Но даже учёный муж Гюйтон де Морво пытается грести по воздуху вёслами!

Я не знаю, как объяснить эту странную приверженность вёслам, которые не способны помочь двигаться сквозь воздух – когда вот же каждый день человек видел уже готовое решение в виде исправно крутившихся крыльев ветряных мельниц. Что за странное наваждение обрушилось на массу талантливых людей? Тут что-то удивительное для меня. Но если никого больше это не удивляет – тогда двигаемся дальше!

Военная служба

Давайте задержимся ненадолго в 1784 г. Год, удачно расположившийся на ленте истории аккурат между первым взлётом человека в небо под самый конец предшествующего 1783 г и успешным перелётом через Ла-Манш в самом начале последующего 1785 г. Год, когда в небо устремились многие. Включая даже женщин.

Определённо во Франции то был год взлёта той самой пассионарности, о которой рассуждал Гумилёв в своей теории этногенеза. И можно с его теорией не соглашаться, можно спорить, она ведь на то и теория, чтоб быть подвергнутой строгой научной всесторонней проверке. Но вот чего отрицать невозможно – так это как французы устремились в небо в 1784 г.

Но то был не только год, когда женщина впервые поднялась в небо, но и ещё кое-что произошло – а именно изобретение дирижабля. Да-да, дирижабль, то есть самодвижущийся аэростат был изобретён всего через год после того как было доказано, что полёт не представляет опасности для человека.

Изобретён, да. Но ещё не построен.

В тот год военный инженер Мёнье (Jean-Baptiste Marie Charles Meusnier de la Place) представил проект в Парижской академии – тогдашнем центре научного мира. Дирижабль по проекту должен был иметь:

– веретенообразный баллон – для уменьшения лобового сопротивления

– килевую балку – для придания баллону жёсткости от поперечного ветра

– воздушные винты – в качестве движителя

Что касается воздушных винтов, то вспомните про ветряные мельницы. Оказывается, человечество уже много веков имело все компоненты, чтоб собрать из них первый настоящий воздушный корабль.

Ах да, двигатель. А в качестве двигателя будущий генерал предлагал посадить 80 человек, которые крутили бы винты вручную, совсем как на галерах того времени. Вот это, пожалуй, было единственным препятствием, поскольку аэростаты такого размера, чтоб поднять аж 80 человек разом, станут строить лет этак через 70.

Хотя вспомним ещё раз: в следующем 1785 г полетят аэростаты с воздушными винтами. И не один. Но увы, благосклонности публики они почему-то не смогут снискать – и о воздушных винтах забудут надолго. А без них – никаких дирижаблей.

А жаль, ведь мы видим: технических препятствий для создания первого дирижабля уже в 1784 году не было.

Пока же пассионарность бурлит, и не будучи направленной на созидание, обращается к разрушению. Франция докатилась до политических кризисов, в 1789 г вылившихся в революцию. Для науки революция стала временем перемен, была введена метрическая система наконец-то оторванная от привязки к расстоянию от кончика носа до пальцев вытянутой руки английского монарха – именно таков был эталон ярда. Но теперь ярд заменили метром, а фунт килограммом.

Но и во власть пришли новые люди. Ну знаете, эти новые люди во власти, это же всегда к лучшему… или нет?

Одним из новых людей при власти оказался Жан-Поль Мара (Jean-Paul Marat). Тот самый, в честь коего много позже был назван советский линкор, героически оборонявший Ленинград. Потому мы привыкли произносить его фамилию как Марат. С юности он страстно увлекался естественными науками. Да только в тех науках был он самоучкой, академического образования так и не получил. Правда, умом обладал незаурядным, и успехов в своём обучении достиг. Так пока жил в Англии (а он там прожил 11 лет), Эдинбургский университет присудил ему диплом почётного доктора медицины. И было за что присудить, ведь за успешную борьбу с эпидемией его удостоили звания почётного гражданина города Ньюкасл. А с престижным дипломом, вернувшись во Францию, будущий вождь Французской революции, как ни странно, устроился лейб-медиком к графу д'Атруа (d’Artois), брату правящего Людовика XVI, и самому впоследствии занявшему престол под именем Карла X. При хорошем жаловании, проживая в аристократическом Сен-Жерме, деятельный Марат устроил в своём доме лабораторию, а итогом его изысканий стала книга «Мемуар о лечебном электричестве» – между прочим сей трактат был удостоен премии Руанской академии.

Но вот Парижская академия…

Сказывают, юный Гитлер был художником, и как поговаривают иные люди, быть может, кабы его талант своевременно признали… Увы, история не знает сослагательного наклонения.

Самая престижная академия мира XVIII века признавать самоучку Марата собратом-учёным не желала. Дошло до того, что однажды профессор Шарль, тот самый изобретатель наполненного водородом аэростата, читая публичную лекцию в Лувре, внезапно весьма резко обрушился на Марата и его писания. Но Марат, как мы понимаем, будучи лейб-медиком наследника престола, тоже был вхож в Лувр. И надо ж такому случиться, как раз заглянул послушать Шарля. И услышал совсем не то, чего желал бы. В гневе он потребовал объяснений, а затем и выхватив шпагу, бросился на обидчика… Да Шарль оказался вовсе не кабинетным размазнёй. Он обезоружил Марата, да и вытолкал взашей.

Тогда Марат вызвал Шарля на дуэль… Но, помятуя о ловкости своего противника, схитрил и сам же обратился в полицию. Полиция пресекла дуэль, но правда с Шарля потребовали объяснений. И тот был вынужден письменно утверждать, что критиковал только научны взгляды Марата, но ни в коем случае не личность лейб-медика уважаемого брата правящего монарха.

Эта стычка лишь ещё более сплотила французских учёных против Марата. Так что они дружно отсоветовали испанскому посланнику приглашать Марата на должность президента Мадридской академии наук.

Ну и поди смеялись над самоучкой.

Зато когда Марат сам оказался у власти во Франции, то сперва, в 1791 г уже после взятия Бастилии, сочинил памфлет «Современные шарлатаны или Письма об академическом шарлатанстве» – аж на 40 страниц, где зло высмеял и Шарля, и д'Аламбера, и Лавуазье… да в общем всех. А через год, по настоянию Марата, все французские академии и научные общества были распущены.

Впрочем, ненадолго. Шарль пережил Марата и позже стал президентом той самой Парижской академии наук. Ну а Марат советским людям памятен отнюдь не как человек, а как линкор, героически оборонявший Ленинград.

Однако вернёмся в революционную Францию конца XVIII века.

Уже на следующий год после смерти Марата, постановлением революционного Комитета общественной безопасности было создано подразделение воздушной разведки, вооружённое привязными аэростатами. И в 1794 г оно приняло участие в обороне от австрийцев французской крепости Мобеж. Командовал капитан Жан-Мари-Жозеф Кутель (Jean-Marie-Joseph Coutelle), которого в русской историографии так же именуют Кутеллем. Он сам дважды в день поднимался в воздух, сбрасывая оттуда записки о замеченных перемещениях неприятеля.

Между прочим, приключился с этим капитаном и забавный случай. В один из дней дул сильный ветер. И когда Кутель хотел было подняться в воздух, то при самом начале подъёма его аэростат стало сильно раскачивать, а корзину с капитаном бить об землю. Австрийцы тут же выслали парламентёров, которые уговорили французов отложить взлёт, ибо, как сказали им австрийцы, смерть от удара о землю недостойна офицера.

Вот такие были времена, сама галантность на поле боя.

Но в 1797 г армия перешла под командование Наполеона. А он смотрел на воздушные шары как на обоз, который войску таскать с собой лишняя морока. А ещё в плохую погоду от шаров толку нет никакого. И вообще воевать будем стремительно, 100-тысячные массы революционных солдат решительными штыковыми ударами принесут быструю победу. Это раньше выстраивались в линии, вели перестрелку – Наполеон велел сразу в штыки. А какой смысл стрелять, коли этот революционный сброд попадать никуда не умеет в принципе? Потому в штыки и заваливать массой. Тактика сработала, французских революционных отморозков боялась вся Европа.

Между тем, ко двору новоявленного императора явился некий Франц Леппих (Franz Xaver Leppich) из Баварии, который был в равной степени музыкантом, изобретателем и – авантюристом. Явился он не просто так, а с идеей построить управляемый воздушный шар для бомбардировки противника с воздуха. Наполеон отнёсся к идее скептически.

Однако позднее Леппих сумел заинтересовать российского посланника в Вюртемберге Давида Алопеуса. И вот уже под Москвой, в усадьбе князя Репнина Воронцово, под руководством баварца строят аэростат громадных по тем временам размеров. Длина 57 м, диаметр 16 м, экипаж 40 человек и прочих грузов до нескольких тонн. Увы, громада так и не взлетела. А там и случилась Отечественная война, вступление Наполеона в Москву… Пришлось в спешке бежать, а недостроенный аэростат уничтожить. Жаль, ведь кажется тогда у России был шанс стать родиной дирижаблей.

Во Франции тем временем обстоятельства вынудили Наполеона изменить отношение к воздухоплаванию.

В 1811 г верный друг Наполеона, маршал Жоашен Мюра (Joachim Murat;) в русской литературе более известный как Иоахим Мюрат, собирался брать Неаполь. Нужна разведка. Но у армии больше не было собственных аэростатов. Пришлось обращаться к услугам Мари Мадлен Софи Бланшар, более известной как Софи Бланшар (Sophie Blanchard), вдове того самого Бланшара, так успешно первым перелетевшего Ла-Манш. От мужа Софи унаследовала славу и – много долгов. Она не растерялась, а сама принялась летать, зарабатывая тем на жизнь. Её воздушная разведка удалась, и она стала придворной воздухоплавательницей при императорском дворе Наполеона Бонопарта.

Между прочим, Софи была далеко не единственной женщиной-воздухоплавательницей того времени. Существовали даже целые семьи, где летали бабушка, мать и дочка. Но у Софи было некоторое преимущество – она была миниатюрной, потому могла обходится довольно небольшим баллоном, благодаря чему меньше тратилась на летучий газ. Малый баллон можно было быстрее подготовить к полёту. А для пущего облегчения её баллон вместо корзины имел лишь небольшую скамейку.

К несчастью именно воздухоплавание и погубило смелую женщину. Но не на войне, а на мирном празднике. При запуске фейерверка, в её взлетающий шар попала ракета.

Казалось бы, если уж в мирной жизни эти шары с водородом внутри могут быть опасны, то уж точно им не место над полем боя. Тем не менее воздухоплаватели участвовали во всех войнах XIX века, активнейшим образом несли воздушный дозор в ходе гражданской войны между Севером и Югом в США, и даже действия британских колониальных войск в Африке поддерживались наблюдателями с неба. А уж какое распространение получили привязные аэростаты над полями сражений Первой Мировой… Но не будем обгонять ход истории. Нас ждут дирижабли.

Квадрокоптер

Современные дроны как правило имеют 4 несущих винта, за что и получили своё название. И хотя сейчас квадрокоптером никого не удивишь, но большинство из нас помнит, что ещё не так давно ничего подобного по воздуху не летало. Летали радиоуправляемые модели самолётов. Затем огромную популярность приобрели модели вертолётов. И только нынешний кибернетический XXI век подарил нам 4-винтовых винтокрылов.

Но что если я вам скажу, что квадрокоптеры изобрели в середине XIX века?

В 1789 г, то есть всего через 6 лет после первых подъёмов людей в воздух, англичанин с чисто английской фамилией Скотт (что в переводе означает Шотландец) предложил свой проект управляемого аэростата. Так же, как и опередивший его проект Мёнье, этот дирижабль построен не был. Но идея была воистину оригинальна.

Скотт предлагал двигаться в воздухе – без моторов!

Он считал, что если вытянутый аэростат ввести в пикирование – то возникнет сила, продвигающая его вперёд. Для создания крена в его аэростате были предусмотрены 2 баллонета, в которые можно было накачивать или откачивать из них воздух. Нужно набрать высоту, с помощью руля развернуть аэростат в желаемом направлении, а затем, перекачивая воздух между баллонетами, наклонить аэростат. Вот он и полетит.

Аппарат никогда не был построен. А даже если бы и был построен, возникающая при пикировании аэростата движущая сила слишком мала, чтоб противостоять даже слабому встречному ветерку. Но заметим, что современные квадрокоптеры летают именно за счёт собственного крена.

Однако аэростат Скотта ничем не похож на квадрокоптер.

Давайте не будем торопиться. Перенесёмся сразу в 1846 г, когда голландец Ван-Экке предложил воздушные винты для вертикального перемещения аэростата. Именно так – винты должны создавать силу, смещающую аэростат не в стороны, а вверх или вниз. Но зачем?

Для поиска воздушного течения нужного направления.

Зачем бороться с ветром, коли можно найти нужный нам поток. Поищем выше или ниже. Винты помогут нам не стравливать летучий газ и не сбрасывать балласт, а найдя высоту с ветром нужного направления, оставаться на ней, сколь мы того пожелаем. А попутный ветер будет нести нас вдаль.

Итак, есть понимание, что аппарат может получать движущую силу, входя в крен. И есть предложение использовать только вертикальную тягу воздушных винтов. Что ещё надо для квадрокоптера? Ах да, нужно чтоб было четыре.

Так вот, в 1850 г ту самую идею Скотта использовал в своем проекте француз Петен. К четырем сферическим баллонам была подвешена деревянная платформа. При подъемах и спусках, производимых путем сброса балласта и выпуска части несущего газа из баллонов, предполагалось осуществлять горизонтальное перемещение аппарата.

Чем это не квадрокоптер?

Да, вместо винтов у него баллоны. Но их 4. И платформа меж них усиливает сходство. И даже принцип полёта за счёт крена аппарата тот же самый. Хотя конечно и этот аэростат не был построен, а кабы и поднялся в воздух, то увы, сила ветра оказалась бы сильнее.

Эх, надо было Петену взять на вооружение винты Ван-Экке, а от баллонов отказаться вообще. Да вот двигателей у него ещё не было. Хотя вообще-то – двигатели уже были.

Настоящий дирижабль

Уже без малого 70 лет люди парили в небесах, носимые там волею ветра, когда в 1851 г Анри Жиффар (Henri Giffard) построил первый в истории человечества дирижабль. Оболочка в виде веретена длиной 44 м и диаметром 12 м, объёмом 2.5 тысячи куб. м. Под ней привязана килевая балка для жёсткости, в качестве движителя воздушный винт – всё как в проекте Мёнье 1784 г. В качестве руля кормовое полотнище-парус – напоминающее полотняные вёсла Бланшара. И такая деталь – якорь. Дирижабль же воздушный корабль, а на корабле должен быть якорь, это всем известно. Ничего нового, всё придумано до нас.

Новшеством была только паровая машина мощностью аж в 3 л.с.

Много или мало лошадиная сила? Лошадь зверь очень сильный. Но используемая в технике лошадиная сила, скажем так, усреднённая. И в расчёте на долгую работу. Это важное примечание. Потому что одномоментная мощь лошади может быть намного больше технической лошадиной силы. Да что там лошадь! Человек, спортсмен по прыжкам в высоту, в момент прыжка на 2 метра, развивает мощность аж в 4 лошадиных силы.

У дирижабля Жиффара сил было чутка меньше, чем у прыгуна в высоту.

24 сентября 1852 г Жиффар взлетел, но мощности машины не хватало, чтобы бороться с ветром. Маломощная машина сообщала аппарату скорость всего в 11 км/ч или 3 м/с – это скорость самого слабого ветерка. Тогда Жиффар поднялся выше до 1800 м – там ветер ослаб, и он смог лететь по собственному желанию.

Анри Жиффар не был ни богачом, как братья Монгольфье, ни видным учёным, как Шарль, ни даже инженером. Он был – рабочим в железно-дорожных мастерских. Дослужился до паровозного машиниста. Посмотрел, как устроена паровая машина паровоза, и сам сделал свою лёгкую машину весом всего в 45 кг. Ещё центнер весил предельно облегчённый котёл с водой.

Эпоха пара дала человеку новую силу. И новую свободу. Которую мог взять даже простой рабочий – не отнимая свободы других.

Строго говоря, Жиффар не был первым. Первый самодвижущийся аэростат полетел на пару лет раньше. Вот только был тот дирижабль весьма небольшим.

Осенью 1850 г семиметровую модель управляемого аэростата построил парижский механик Жюльен. Оболочка в виде веретена, охвачена сеткой, а уже к сетке подвешена гондола. Руль позади. Два воздушных винта, что интересно смещённые вперёд, в не назад, как у Жиффара и многих других. Вращала винты пружина. Понятно, что надолго завода пружины не хватало. Но однако 6 и 7 ноября два удачных полета, в которых эта модель дирижабля летала против ветра.

Вот ведь как забавно, мы только что восхищались силой пара, а оказывается в те времена сила пружин была не так чтобы меньше. По крайней мере её хватало для полёта против ветра, чего пар пока ещё не мог.

Ну а что касается Жиффара, то после первого успеха он построил более крупный дирижабль. Стал знаменит. И – забросил дирижабли. На них не было спроса. Зато был спрос на привязные аэростаты, вот их Жиффар и принялся строить с большим успехом:

– для Лондонской всемирной выставки 1868 года – привязной аэростат объемом 11.5 тысяч куб. м для подъема 30 человек, на высоту до 600 м.

– для Международной выставки 1878 года в Париже – привязной сферический аэростат объемом 25 тысяч куб. м с гондолой на 40 пассажиров для подъема на высоту 500 м. За 2.5 месяца работы выставки было поднято 40 тысяч посетителей. Одним из этих посетителей был русский учёный Менделеев.

Рекорды воздухоплавания

Не будем говорить сейчас о всех достижениях воздухоплавателей за всю историю. Не то придётся упомянуть и первый полёт в космос на воздушном шаре. Читатель поди смеётся? А напрасно, ибо экспериментальные подъёмы на воздушных шарах в стратосферу по программе NASA в США считаются частью космической программы и приравниваются по своему значению к полётам в космос. И в самом деле, есть чем гордится, ведь если верить американцам, то им удалось достичь высоты 48 км – результат впечатляющий не только для аэростатов, но и среди высотных самолётов мало какой взлетает так высоко.

Но мы оставим эти космические достижения второй половины XX века – нас куда больше интересует, с чем пришла аэронавтика к концу века XIX, за которым вскоре последовал расцвет авиации.

Вот они, самые впечатляющие достижения:

– в конце XIX века немец Берсен поднялся до высоты 9155 м.

– в 1898 г итальянец Стейтерини перелетел через Альпы.

– в 1900 г рекорд дальности полёта на аэростате установили французы де ля Ви и Кастильон, пролетев 1922 км за 35 часов 45 минут.

Что ж, мы знаем, чего сумели добиться воздухоплаватели на свободно летающих аэростатах, самое время перейти к истории аэропланов.

Первый авиатор дю Трампль

Всего через 5 лет после первого успешного полёта дирижабля, а именно в 1857 г получил патент на самолёт французский морской офицер Жан-Мари Феликс дю Трампль де ля Круз (Jean-Marie Felix du Temple de la Croix). Не подвергается сомнению, что через год он испытал полётом модель с пружинным двигателем, которая весила не менее полукилограмма, разгонялась на собственном шасси и, взлетев, затем плавно спланировала на землю. Так же достоверно известно, что и собственно сам самолёт дю Трампля был построен. И возможно даже во время испытаний отрывался от земли.

Таким образом, по всем формальным признакам, мы имеем полное право и обязаны именно дю Трампля величать первым авиатором человечества.

Но посмотрите на его самолёт. Фюзеляж подобный лодке?

Это кажется удивительным для нас, но ведь и на дирижабль смотрели как на воздушный корабль, даже якорь к нему привесили. На самолёт смотрели точно так же. Скажите спасибо, что хоть тут обошлись без якоря.

Двигатель, разумеется, паровая машина.

Винт впереди, тянущий, по конструкции подобный тем винтам голландских ветряных мельниц, которые обеспечивали автоматический доворот мельницы к ветру. Нам, быть может, такой воздушный винт кажется странным, необычным и даже удивительным – но по тем временам ничего особо примечательного.

Особенное и удивительное тут в том, что крылья аэроплана – это ткань натянутая на каркас из алюминиевых трубок!

Так будут строить самолёты только в следующем веке. И то не сразу додумаются. Но как до этого додумался дю Трампль?

Алюминий был парижан хорошо известен после русского парада в честь победы над Наполеоном. Тогда парижане глазели на блестевшие белым металлом головные уборы русских кавалергардов, и восхищались богатству русского царя, выдающего своим солдатам каски из серебра. А потом узнали, что каски были просто баснословно дороги, потому что из алюминия! Но прогресс не стоял на месте, прошли десятилетия, и к середине XIX века стоимость алюминия заметно уменьшилась. И всё же за свой сервиз для императорского стола Наполеон III, по слухам, выложил миллион франков. Зато на званых обедах удивлял иностранных дипломатов дорогой алюминиевой посудой.

Итак, свойства алюминия дю Трапмлю были известны. Но делать из него трубки?

Однако каковы птичьи кости? А они очень лёгкие – потому что полые внутри. Кости птиц и есть трубки. Вот где дю Трампль подсмотрел своё решение лёгкого и прочного крыла.

Хотя заметим: крыло дю Трампля было весьма диковинной формы, никакого профиля оно не образовывало – а почему? Да из-за парадокса д'Аламбера никто из настоящих учёных не верил, что подъёмную силу создаёт профиль крыла! Крыло надо рассматривать как парус, вот вроде воздушного змея – и крылья дю Трампля как раз подобной конструкции.

Что ж, мы точно знаем, что свой самолёт дю Трампль построил. Возможно даже испытал. Мог ли в принципе аппарат такой диковинной формы оторваться от земли? Да почему нет! Но вот сумел ли он на деле совершить этот заветный отрыв? Этого мы не знаем.

Можайский

В 1856 г, то есть за год до получения дю Трамплем во Франции своего патента на аэроплан, и стало быть не ведая об изысканиях француза, в России, о создании аэроплана задумался контр-адмирал Александр Фёдорович Можайский. Задумался, благо выдался небольшой перерыв в дальних плаваниях. И размышлял он о полётах, наблюдая птиц. А что, вон же как лихо летают всякие чайки над волнами, значит поди и человек может? Можайский серьёзно изучал и птичий полёт и анатомию птиц. А с паровыми машинами он хорошо был знаком по флотской службе.

Сперва запускал воздушных змеев, затем в 1876 г летал на планёре-змее собственной конструкции, который тянула тройка лошадей – чем наводил страх на окрестных крестьян, решивших что не иначе как барин знается с нечистой силой. В Петербурге демонстрировал полёты модели самолёта с пружинным двигателем, которая взлетала с собственного шасси, да ещё и могла нести на себе в качестве груза кортик морского офицера. Это весьма серьёзное достижение для модели. Кстати, она развивала полётную скорость чуть более 5 м/с – что вполне типично и для современных лёгких моделей.

Аэродинамической трубы у Можайского не было, но он придумал аэродинамическую тележку, на которой под нужным углом закреплялась пластина. И при буксировке тележки с помощью особых весов – по сути аэродинамических весов – измерялись подъёмная сила и лобовое сопротивление пластины.

3 ноября 1881 года Александру Фёдоровичу Можайскому выдан первый в России патент на самолёт.

Насколько известно, построенный с огромными трудностями аэроплан потерпел аварию при попытке взлёта. По мнению некоторых очевидцев, возможно при этом он оторвался от земли.

Но почему самолёт вышел таким – каким вышел?

Можайский высчитал, что на постройку натурного самолёта нужно 19 тысяч рублей – сумма весьма большая по тем временам. Получить такие деньги от правительства он не смог (он же не Матильда Кшесинская), а своих на постройку не хватало. Отсюда и пагубная экономия. Фюзеляж, сделанный из морского барказа – явно слишком тяжёлый. Зато барказ достался даром. Паровые машины Можайский купил за границей, купил на какие денег хватило, их на аэроплане Можайского стояло 2 – одна, весом около 48 кг, выдавала 20 л.с., а другая, весом около 29 кг, выдавала 10 л.с.

Итого мощь силовой установки 30 л.с. на 77 кг массы двигателей. Заметили, какой прогресс мощности паровых машин со времён дирижабля Жиффара? А ведь прошло-то всего 30 лет.

Современные знатоки авиации справедливо указывают на слабое место аэроплана Можайского:

– удлинение крыла всего 1.5.

Но как мы уже знаем из главы про азы аэродинамики, на удлинении крыла свет клином не сошёлся. Есть ещё и площадь крыла, и она даже важнее. Потому что если площади опоры недостаточно, то никакое удлинение не спасёт.

А вот про площадь крыла Можайский, как опытный моряк эпохи парусного флота, понимал отлично. Ибо чем парус больше, тем больше ветра уловит. Можайский и стремился обеспечить наибольшую площадь. Но как сделать крыло длинным в стороны он не знал – оно же гнуться будет. Длинное крыло того и гляди переломится. Потому, ради увеличения площади опоры на воздух, Можайский вытянул крыло вдоль корпуса барказа.

Площади крыла для опоры на воздух хватило, но из-за проклятой экономии аэроплан вышел слишком тяжёлым, и лететь если и мог, то только на так называемом экранном эффекте отражения воздуха от подстилающей поверхности.

Так что у Можайского вышел не первый в мире аэроплан, а первый в мире экраноплан.

Но сам Можайский тогда этого своего достижения не понял, а как заставить своё творение взлететь по-настоящему, не знал. В любом случае для первой попытки человечества это был совсем неплохой результат.

Но у современных знатоков есть ещё один козырный упрёк Можайскому:

он не продумал управление по крену.

А ведь современные самолёты для поворота обязательно закладывают крен. А раз у самолёта Можайского возможности управлять креном нету, то это и не самолёт вовсе, и оторваться от поверхности он не мог.

В таком рассуждении ложь всё.

Даже на современном самолёте можно осуществить поворот только лишь за счёт одного лишь руля направления. Не вводя самолёт в крен. Да, это неэффективно. Но в принципе возможно.

Более того, очень странно, когда мы, современные, понимая что у Можайского получился не самолёт, а экраноплан, который и должен летать плоско – и вдруг требуем от этого аппарата входить в крен. Чего ради-то?

Но Можайский мыслил не как мы. Он мыслил свой аэроплан – как летучий корабль. Точно так же, как мыслили до него все предыдущие изобретатели. И воздушный шар, и дирижабль, и самолёт дю Трампля – это летучие корабли. И самолёт Можайского ещё один из этого ряда.

А для корабля крен нежелателен. Не то, неровён час, экипаж да грузы с палубы за борт попадают чего доброго. Нет, ясное дело, хороший летучий корабль должен летать плоско. А то как же ещё?

Совсем не странно, что Можайский, как и все энтузиасты воздухоплавания до него, стремился избежать крена, который сулил только несчастья. Весь опыт человечества вопил о этом. Опасение крена это ничуть не странно. Тут скорее странно, что Можайский забыл приделать на свой аэроплан якорь, каковой, напомню, был на дирижабле Жиффара.

Ну а что касается профиля крыла, вернее отсутствия этого самого профиля на аэроплане Можайского, то опять-таки спасибо парадоксу д'Аламбера, из-за которого всякий научно образованный человек того времени рассматривал крыло исключительно как плоский парус, и даже мысли не допускал, что подъёмная сила может образовываться за счёт профиля.

Змеиный парадокс

Есть в истории покорения небес моменты, настолько удивительные, что наше сознание просто отказывается их осознавать. Они не скрыты покровом тайны, они на виду. И мы их знаем. Но не осознаём. И я сейчас покажу один такой момент.

В воздушном змее нет ничего сложного. По сути своей он тот же парус. Только не на мачте, а на верёвочке, именуемой леером. Не рядом с тобой, а где-то там в небесах парит. Но суть ровно та же. Как ветер надувает парус, так ветер увлекает и воздушного змея. И сделать змея даже проще, чем лодку с парусом.

Китайцы запускали воздушных змеев очень давно. А от них и японцы научились. И так вошли во вкус этой забавы, что стали считать её исконно своей японской. Даже праздник по этому случаю в календаре японском есть. У китайцев такого праздника нету. А вот европейцы приобщились к воздушным змеям почти накануне начала полётов человека в небесах. Зато европейцы подошли к делу новаторски, и в XVIII веке приноровились использовать змея как буксир для катания на коньках. Но дальше этой забавы дело не шло.

И не шло аж почти до конца XIX века, когда в 1889 г французский фотограф Артур Бату (Arthur Batut) придумал поднимать на воздушном змее фотоаппарат для панорамных снимков с высоты птичьего полёта. Змей у него был самой простой конструкции, по форме неправильный ромб, ничего сложного. Просто размер достаточно большой, чтоб поднять в воздух тяжёлую фотокамеру того времени. Срабатывание затвора камеры происходило от пережигания удерживающего спуск тросика тлеющим фитилём, одновременно выбрасывался флажок, сигнализирующий что фото сделано, можно спускать.

Ещё раз повторю:

на дворе 1889 г. Уже отгремела гражданская война в США, где обе стороны очень активно использовали привязные аэростаты для наблюдения и разведки. Уже пронеслась и утихла франко-прусская война, в которой французы активно летали на свободно летающих аэростатах, проникая над головами немецких солдат в отрезанные захватчиками области Франции. Даже французский министр летал! Да что там, уже вовсю летают не аэростаты, а настоящие дирижабли, а в 1881 г полетел первый дирижабль на электрической тяге, за ним ещё несколько. И были уже выданы патенты на аэропланы, в том числе и в той же Франции.

Воздушный океан бороздят уже весьма сложные суда, не сегодня-завтра взлетит настоящий самолёт – а вот самого простого воздушного змея только-только додумались хоть как-то приспособить для пользы дела!

Как понять, чем объяснить эту странность изобретательской мысли великого множества весьма талантливых людей – создававших подчас очень сложные конструкции – но напрочь игнорировавших простую конструкцию воздушного змея, что была у них буквально перед глазами?!

Кстати позже на воздушных змеях принялись летать люди. Именно на воздушных змеях. И летали весьма активно. Но знаете, когда это произошло? А лишь в самом начале XX века. Однако про это мы поговорим позже. А пока давайте посмотрим, что же ещё случилось в том самом 1889 г.

Отто Лилиенталь

Карл Вильгельм Отто Лилиенталь (Karl Wilhelm Otto Lilienthal). Совладелец берлинского театра и фабрикант. Говоря современным языком, меценат и преуспевающий бизнесмен. Только вместо того чтоб день и ночь делать деньги, да купаться во внимании балерин и прочих примадонн сцены, он замыслил построить аэроплан. Не прям сразу, а в будущем. Но прежде чем браться за столь сложное дело, он решил начать с более простого. С планёров.

И знаете, это удивительно.

Нет, это удивительно дважды. И первое удивительное, что Лилиенталь и в самом деле жил не тужил. Ну к чему ему эти полёты?

И кто-то наверняка возразит в том духе, что только частный капитал и прокладывал дорогу в небеса. Вот те же Монгольфье. Но позвольте, а много ли других владельцев шпалерных мануфактур посвятили себя чему-то отвлечённому от извлечения прибыли? Нет, не много. Пример Монгольфье, как и Лилиенталя это крайне редкое исключение.

И тут кто-то возразит, а как же Фридрих Энгельс? Уж он-то капиталист прирождённый казалось бы, а вот поди ж ты, стал революционером, поучаствовал в событиях Весны Народов, компартию создал в конце концов. Вот пример частного капитала с человеческим лицом!

Но много ли таких?

Давайте возьмём для примера из того же XIX века промышленника Круппа. Такой же немец. Одарённый металлург, он раскрыл секрет литой стали, и его сталь стала самой лучшей в мире! Талантливый администратор. Опора сперва прусского, а потом и германского государства. Патриот ни дать ни взять. При этом тут же активно продавал оружие врагам своего отечества, и за малейшее несогласие увольнял своих ближайших товарищей. Вот вам прекрасный образчик типичного капиталистического хищника – который всех загрызёт и готов на любое преступление ради прибыли. Зато умеет и направить работу масс к достижению цели. Однако бесчеловечными методами управления. Но выжмет все силы из рабочего предельно эффективно. И именно такие бессердечные нелюди выдвигаются на ведущие роли в капиталистической системе.

Лилиенталь определённо был не таков. Он почему-то хотел, чтоб Человечество научилось летать.

Но самое удивительное, как именно он подошёл к решению этой задачи.

Ведь и до него и после далеко не все изобретатели понимали, что начать нужно с простого. Многие сразу хватались за постройку натурного самолёта с мотором. В лучшем случае одна модель и можно строить большой аэроплан. Именно так поступил дю Трампль. И то лишь потому, что был морским офицером и знал традиции постройки парусников. А она была такова, что прежде делали небольшую модель, которую называли адмиралтейской. Её отдавали плотникам на верфь, а уже те, глядя на модель, делали такой же корабль, только в натуральную величину. Вот и дю Трампль поступил так же, сделал свою адмиралтейскую модель самолёта, а дальше можно и настоящий строить, чего тут ещё выдумывать-то? Пожалуй первым, кто последовательно шёл от простого к сложному был Можайский. Но Лилиенталь об опытах Можайского конечно не знал. Он шёл сам. Однако по тому же разумному пути от простого к сложному.

Он не только построил множество планёров, но и озадачился их поведением в воздухе, их устойчивостью и – внимание – управляемостью! Упрёк насчёт недостаточной управляемости бросают многим ранним аэропланам. Так вот у Лилиенталя с управляемостью всё было в порядке.

Именно он в 1889 г придумал балансирное управление, хорошо знакомое нам, современным, по дельтапланам. Пилот висит в районе центра тяжести крыла. И двигая перекладину, жёстко соединённую с крылом, пилот заставляет его отклоняться. И так либо набирает высоту, правда теряя при этом скорость, либо пикирует, теряя высоту, но набирая скорость. А отклоняя крыло вправо или влево от себя оказалось возможным входить в вираж и так совершать повороты.

Сам Лилиенталь совершил тысячи полётов, испытывая планёры самых разных конструкций, а главное заложил теоретические основы понимания аэродинамики.

Лилиенталь первым установил зависимость подъёмной силы крыла от угла атаки. Это наверное самое удивительное открытие. Ведь оказалось, что даже воздушный змей не воспарит, ежили его плоскость не подставлена к набегающему потоку под каким-то углом. И удивительно здесь то, что это тысячи лет уже знали моряки со своими парусами, но вот же недоразумение, никто до Лилиенталя не додумывался примерить этот многократно испытанный в морях опыт – к крылу! Что за массовое наваждение затуманило разум массы изобретателей, начиная с самого великого Леонардо да Винчи?

Лилиенталь эту зависимость между подъёмной силой и углом атаки не только осознал, а ещё и опубликовал. Не скрыл в тайне, а раскрыл глаза инженерам всего мира. И сделал он это с помощью графиков и им же выведенных формул расчёта подъёмной силы.

В графике Лилиенталя уже отмечен момент критического угла атаки, при котором из-за срыва потока с крыла, подъёмная сила начинает быстро падать.

Лилиенталь пошёл дальше и выяснил, что аэродинамическое сопротивление крыла растёт квадратично росту подъёмной силы. И построив кривую графика этой зависимости, он провёл к ней касательную из начала координат – и таким образом определил наивыгоднейший угол атаки! То есть вот он наивыгоднейший режим планирования. Он его предсказал. И предсказал верно. Возможно у меня очень плохо с математикой, но мне эта игра с графиками кажется каким-то наитием куда больше, чем наукой. Будто он уже знал заранее, какие величины основные, а какие производные. И объяснить это пред-знание лично я не могу.

Ведь я сейчас сильно упростил ситуацию, говоря про зависимость подъёмной силы от угла атаки. А на графике Лилиенталя нету ни подъёмной силы, ни угла атаки – там их коэффициенты. Каждый вычисляется по своей формуле. И вот соотношение этих коэффициентов и даёт тот самый красивый и наглядный график.

Этот график назвали полярой Лилиенталя или аэродинамической полярой. И кстати, тангенс угла той самой касательной и есть численное значение аэродинамического качества. И это всё открыл Лилиенталь – а до него никто об этом даже не задумывался.

Понимаете, до него никто не думал про подъёмную силу в связи с углом атаки. А он внезапно понимает, что нужно найти наивыгоднейшее отношение одного к другому, и найти это отношение поможет график – но в график нужно подставлять не сами значения (которые ещё никто никогда до Лилиенталя не задумывался как получить) – а нужно прежде вычислить другие значения. И вот эти-то другие значения дадут математически точный и геометрически наглядный результат.

Вот как можно было догадаться до такой математической многоходовки? Это нам сейчас всё кажется очевидным, про это в любом учебнике основ аэродинамики написано – но у Лилиенталя не было тех учебников, до него даже понятий этих ещё никто не сформулировал.

Открытие на пустом месте, без предшествующих открытий.

Такого не бывает и быть не может!!!

Однако Лилиенталь смог.

А потом он погиб. В 1896 году. Из-за внезапного порыва ветра, разбился на собственном планёре. Сломал спину, лежал и умирал. И помочь ему, с медициной того времени, никто не мог.

Лилиенталь владел заводом паровых машин, на нём и выделил отдельный участок для сборки своих планеров. Испытал много разных конструкций, построил и облетал около двух десятков натурных планёров, были и планёры-бипланы. У всех аппаратов верно определён центр тяжести, где и располагался пилот. У всех до него и многих после него определить это самое положение не получилось – а у Лилиенталя вышло. Кажется удивительным? Возможно разгадка вот этого очень проста – он находил центр тяжести экспериментально во время пробежек и подскоков у земли, благо с лёгким планёром это совсем несложный эксперимент, в отличие, к примеру, от громады в 2.5 тонны сэра Хайрема Максима, про которую далее будет пара слов.

Хайрем Максим

Сэр Хайрем Стивенс Максим (Hiram Stevens Maxim) сэром вовсе не родился. Родился он американцем, а вот рыцарский титул ему пожаловали в Англии. И было за что. Слыл он великим изобретателем, которому под силу любая задача – и его догадка об автоматическом пулемёте это догадка гениальная воистину. Ведь его пулемёт сам приспосабливался к качеству патронов, чего предшествующие модели, например картечница Гатлинга, не могли, и их часто заклинивало. А пулемёт Максима нет, на известных публичных испытаниях сэр Максим собственноручно выпускал весь боекомплект пулемёта, а это была лента в 750 патронов, за 3 длинных очереди. И ни единой задержки! Тогда как из многоствольной картечницы Гатлинга в бою удавалось сделать хорошо если несколько десятков выстрелов. И такой успех при том, что до работы над пулемётом Максим вообще никогда не интересовался оружием. А занимался электрическим оборудованием, в коем сделал десятки различных усовершенствований.

Так вот, в то самое время, когда с 1883 г Максим работал над пулемётом в Англии, на деньги Виккерса и под общим патронажем Ротшильда – короче в финансировании своих экспериментов был абсолютно не ограничен.

И брался он тогда за многое. Так, между делом, в те самые годы Максиму удалось усовершенствовать торпеду Бреннана. Ах, да вы поди и не слышали о такой торпеде? А между тем австралиец ирландского происхождения Луи Бреннан (Louis Brennan) придумал её ещё в 1877 г. В Англии эта торпеда выпускалась серийно, правда на кораблях её не было, только на береговых установках аж до 1906 г. И была эта торпеда:

1) управляемой

2) не имела двигателя

Да-да, никакой ошибки, торпеда без двигателя была управляемой и цели поражала уверенно на дистанции в морскую милю. И всё это ещё в последней четверти XIX века, представляете? А сэр Максим уже улучшил изобретение австралийского инженера вдвое по всем показателям.

Хайрем Максим в самом деле был гений

Вот только с аэропланами не задалось.

В 1894 г он построил гигантский по тем временам аэроплан взлётной массой в 2.5 тонны. Двигатель паровая машина 150 л.с или даже 2 таких, толкающие пропеллеры громадного размера.

И – не взлетел.

Но почему? Может тяги не хватило?

Какая скорость нужна чтоб взлететь?

Мы уже говорили про аэродинамическое качество, которое показывает сколько километров пролетит летательный аппарат, если его запустить в свободный полёт с высоты в 1 километр. Для лучших современных рекордных планёров это аэродинамическое качество может достигать 70. Хотя и 50 это очень много – полсотни километров пролететь без мотора, какая экономия на бензине, а? К примеру, такой массовый советский гражданский самолёт местных линий АНТ-2, известный в народе под прозвищем «кукурузник», тратил чуть больше 1 литра авиационного бензина на 1 км полёта. Так что пролететь без использования мотора полсотни километров – это сэкономить полный бак малолитражного авто. Но вообще и качества в 35 хватает, чтоб воспарить под облака на восходящем потоке тёплого воздуха.

Только все эти чудеса стали возможны при современных материалах. Таких как углепластик. А что можно было получить из ткани и палок?

Массовый планер БРО-11 советского литовского конструктора Брониса Ошкиниса.

Разработан в 1954 г, позже незначительно изменялся.

Одноместный.

Высокоплан – для устойчивости.

Материалы: сосна, фанера, несколько металлических труб каркаса, крылья обтянуты тканью.

Размах крыла: 7.8 м

Длина: 5.2 – 5.5 м

Высота: 1.5 м

Площадь крыла: 10.5 – 11.8 кв. м

Масса:

– пустого: 65 кг

– нормальная полетная: 125 кг (т.е. рассчитан на вес пилота 60 кг)

Удлинение: 5.8 – 5.15 (на моделях с большей площадью крыла удлинение выходит меньше).

Удельная нагрузка: 11.9 – 10.6 кг/кв. м (где больше площадь, там меньше и удельная нагрузка).

Аэродинамическое качество 11 – 12.

Крейсерская скорость планирования 40 км/ч = 11 м/с, при этом скорость снижения 1 м/с

Минимальная посадочная скорость 30 км/ч = чуть больше 8 м/с.

Для сравнения:

– чемпионы по бегу пробегают 100 м за 10 с = 10 м/с – дай такому в руки крылья, так он взлетит.

– средняя полоса России отличается слабыми ветрами, типичный ветер для нас это 3—5 м/с – то есть треть или даже половина от того, что потребно для взлёта планёра.

Как видим, оторваться от земли не так уж сложно. Разогнать летательный аппарат до взлётной скорости вполне по силам даже лошади. Ну или упряжке лошадей, как поступил Можайский. В распоряжении изобретателей конца XIX века уже были прекрасные паровые машины, заменявшие собой табун лошадей. И весили те машины не так уж много. А взлететь отчего-то не удавалось. Давайте продолжим наш экскурс в историю, посмотрим кто и почему именно не взлетел.

Клеман Адер

В те же годы что и Лилиенталь, только во Франции, изобретал самолёт инженер Клеман Адер (Clement Ader). К тому моменту он уже успел приобрести известность на усовершенствовании телефона Белла, а затем решил покорить небо.

Вряд ли он знал что-то о работах Можайского, хотя мог знать о работах Лилиенталя, ведь тот секрета из них не делал. Но похоже Адер решил идти своим самобытным путём.

9 октября 1890 г он вывел на поле аэроплан «Эол», похожий на летучую мышь. Ну а что, летучие мыши успешно летают и планируют неплохо. Хороший прототип, за миллионы лет отлаженный самой Природой.

Летучая мышь Адера вышла покрупнее мышек из животного мира.

Вес 300 кг.

Размах крыльев почти 13 м.

Паровая машина 20 л.с, на спирте, тянущий винт.

«Эол» самостоятельно разбежался по полю и оторвался от земли, пролетел 50 м – правда полёт не был управляемым, но тогда на эту мелочь никто не обратил внимания.

14 октября 1897 г Адер выводит на поле «Авион-3» – размах крыла 14.5 м, 2 паровых машины, возможно каждая мощностью по 30 л.с., тянущие винты. Но вместо успеха крушение при попытке взлёта. А ведь на постройку аэроплана казённые денежки дало венное ведомство.

Отсюда мораль, даже 3 морали:

– Управление полётом самое важное условие успешного полёта!

– Не стоит слишком копировать природу. Не всё существующее в мире животном, может быть успешно воплощено в мире механизмов.

– И не стоит подводить таких важных заказчиков как военное ведомство. Ведь из-за провала военные были так раздосадованы, что не сделали официального заявления – и приоритет успешного полёта Адера Клемана на «Эоле» оказался забыт в пользу полёта «Флайера» братьев Райт.

Но первым, кто доподлинно сумел, пользуясь только тягой своих двигателей, оторваться от земли – стал именно «Эол». Так что первым доподлинно известным настоящим авиатором является Клеман Адер. Вот только управляемым его полёт не был.

Октав Шанют

А теперь перенесёмся за океан. В США работал Октав Шанют (Octave Chanute). Да, американец, но с французскими корнями. Железнодорожный инженер. А по тем временам, это не просто какой-то технический работник – это глава всех работ на производстве. Октав Шанют занимался постройкой железно-дорожных мостов. И построил их множество, причём предпочитал ферменную конструкцию.

А что такое эта самая ферма в технике? А вот возьмём рейку. Она вполне прочная. Но коротковата. А хотелось бы удлинить. Но в наличии только короткие рейки. Приделаем одну к концу другой – увы, переломится посерёдке такая конструкция. Но возьмём вдобавок не одну, а сразу пару. Итого имеет 3 рейки. Соединим их треугольником. Треугольник выходит довольно жёстким и прочным, он не гнётся, не ломается. Теперь продолжаем добавлять ещё и ещё рейки, как бы набирая длинную полосу из треугольников. И вся эта полоса может выйти довольно длинной, и при том будет вполне жёсткой. То есть прочной. Хотя эта длинная полоса набрана из коротких реек.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.