Планер - преемник воздушного змея

До серийных планеров

Одним из наиболее ранних свидетельств того, что люди пытались подняться в воздух на искусственных крыльях, является китайская рукопись «Цяньханьшу» («История ранней династии Хань»), относящаяся к 1 в. н. э.

Еще в IV–III в. до н. э. в Китае был изобретен летательный аппарат с неподвижным крылом, названный воздушным змеем. Это устройство удерживалось в воздухе при помощи ветра и натянутой нити. Точно назвать имя его изобретателя не может ни один историк авиации, однако многие склоняются к мысли, что это были Мо Цзы, Гун Шубань или Хань Синь.

Китайские воздушные змеи представляли собой плоскую бамбуковую раму, обтянутую бумагой (ранее вместо бумаги использовали дерево или ткань). Довольно часто змеев делали в виде сказочных птиц или животных. Они находили применение в военных походах (для передачи сигналов), их также запускали для развлечений во время различных праздников.

Только в IV в. н. э. изобретатель Го Хун, долгое время наблюдавший за птицами, посчитал возможным подъем человека в небо на воздушном змее. Он писал, что при помощи их связки можно «встретить ветер, оседлать его и, не останавливаясь, подняться на высоту 40 ли» (около 200 км).

Первая попытка такого полета была предпринята лишь спустя семь веков. Однако в источнике XI в. «Цзы чжи тун цзянь» («Всеобъемлющее зеркало истории») человек поднимался в воздух еще в середине VI в. Поскольку подобные эксперименты были слишком опасными, пилотами в этих летательных аппаратах являлись осужденные на смерть преступники и военнопленные.

Вероятнее всего, первый зафиксированный случай планирующего полета произошел в 1020 г. Английский монах-бенедиктец Оливер из Малмсбери по прозвищу Летающий монах нацепил самодельные крылья и прыгнул с колокольни своего монастыря. Ему в какой-то мере удался планирующий полет, ибо смельчак отделался только переломами ног.

Знаменитый путешественник Марко Поло в начале XIV в. стал свидетелем демонстрации воздушных змеев, поднимающих людей, о чем и сделал запись в своем дневнике: «Рама представляет собой решетку из ивовых прутьев, к каждому углу и стороне рамы привязывают нити, всего восемь, все они прикреплены другими концами к длинной веревке. Затем найдут слабоумного или пьяницу и привяжут его к раме, т. к. ни один здравомыслящий человек не стал бы подвергать себя такой опасности. Это делается в сильный ветер, затем змей отпускают во власть ветра, и он поднимает раму…»

Вскоре воздушные змеи китайского образца перекочевали в страны Восточной Азии, Индию и на острова Океании. А к XV в. они достигли и Европы. Простота конструкции позволила этому типу воздушного змея одержать победу над прежним военным «штандартом», выполненным в виде полой оболочки и известным еще со времен Римской империи. В отличие от первого полый змей не обладал поверхностями, создающими подъемную силу, и не оказал никакого влияния на развитие идеи летательных аппаратов.

В книгах XVII столетия сохранились изображения плоского воздушного змея. Он имел ромбовидную форму и нитевидный хвост, обеспечивающий змею путевую устойчивость, то есть практически ничем не отличался от воздушных змеев современности.

Довольно часто при запуске к змею присоединяли какой-либо предмет (например, горящий факел, пороховой заряд) или небольших животных. Вероятно, эти удачные попытки натолкнули изобретателей всего мира на мысль, что подобный летательный аппарат, но только больших размеров, может поднять в воздух даже человека. Но такие попытки предпринимались только в восточных странах, в Европе подъемы на воздушном змее не практиковались, хотя европейцы заговорили об этом еще в 1646 г.

Известна еще одна модель, которая, вероятно, представляет летательный аппарат, — это деревянная птица, вырезанная предположительно 2300 лет тому назад. Впервые ее обнаружили в 1898 г. в Саккаре (Египет). Но о модели забыли аж до 1972 г., пока из запасников Каирского музея ее не извлек доктор Халал Мессих. При анализе конструкции выяснилось, что она имеет высокорасположенное крыло с тонким аэродинамическим профилем, узкое эллиптическое сечение задней части тела и ярко выраженный хвост-киль с пазом для горизонтальной плоскости.

Таким образом, идея безмоторного летательного аппарата с неподвижным крылом не получила широкого распространения в ранний период освоения воздушного пространства. Многие изобретатели и исследователи в то время начали склоняться к мысли, что планирующий полет невозможен в силу ряда причин, а парящая птица удерживает свое тело в воздухе лишь благодаря небольшим и очень быстрым взмахам крыльев.

Но главной причиной неприятия воздушного змея и планера как потенциальных летательных приспособлений явилось то, что человек мечтал перемещаться по воздуху свободно, словно птица, и хотел решить проблему полета в одночасье, не довольствуясь отдельными этапами на этом пути. Данное обстоятельство заставляло изобретателей снова возвращаться к проектам летательных аппаратов с машущими крыльями.

В Институте Франции в Париже имеются рукописи знаменитого художника и изобретателя Леонардо да Винчи. Здесь также хранится рисунок с изображением человека, спускающегося по воздуху при помощи плоской поверхности, и с указанием на способ подобного спуска: «Человек будет двигаться направо, если он согнет правую руку и распрямит левую; и будет затем двигаться справа налево при перемене положения рук». Это было описание простейшего парашюта. Скорее всего, данная идея возникла на основе наблюдений за падением тел в воздухе. Рисунок датируется 1485 г.

Первым же, кто опубликовал свой проект парашюта, является венецианец Фаусто Веранцио. В 1595 г. на страницах книги «Machine novae» («Новые машины») он изобразил и описал такое устройство: кусок квадратного холста, прикрепленного к раме, к углам которой привязывались веревки. Они, в свою очередь, крепились к подвесной системе, которую надевал на себя человек.

В XIX в. очень популярными стали прыжки на парашюте с аэростата. До этого первыми живыми существами, спустившимися подобным образом с воздушного шара, были домашние животные. В 1791 г. аэронавт Жан-Пьер Бланшар поднялся над Варной и сбросил с парашютом собаку. Увидев полученный результат, в 1793 г. он сам отважился сделать прыжок. Попытка была не совсем удачной — аэронавт сломал себе ногу.

Первый же удачный прыжок с парашютом из корзины аэростата совершил в 1797 г. француз Андре Жак Гарнерен. Это было неподалеку от Парижа над парком Монсо. Воздушный шар тогда поднялся на высоту 680 м.

Развитие парашютного дела, кстати, и явилось стимулом к началу работ по конструированию планеров. В 1835 г. немецкий механик Г. Ребенштейн создал проект летательного аппарата для управляемого полета человека после подъема на воздушном шаре. Идея, заключенная в проекте, удивительна: аэростат должен быть кубической формы, после набора высоты его превращают в прямоугольное крыло.

Управление летательным аппаратом осуществляется отклонением руля направления и изменением угла установки крыла. Такая конструкция, по мысли проектировщика, должна спланировать на землю в течение одного часа, покрыв расстояние в 30 км.

Но истинным ученым и конструктором-революционером в истории строения летательных аппаратов стал англичанин Джордж Кейли (1773—1857). Он был первым человеком, определившим и правильно записавшим параметры полета тел тяжелее воздуха, то есть дал определения подъемной силы, тяги и лобового сопротивления. Он же использовал модели для изучения полета и среди них простой планер — первый моноплан с неподвижно закрепленными у миделя крылом и хвостовым оперением с вертикальной и горизонтальной плоскостями (построен в 1804 г.). Д. Кейли же отметил преимущества бипланов и трипланов для создания большей подъемной силы при минимальном весе.

Английский ученый в 1852 г. предложил проект управляемого парашюта. В летательном аппарате предлагались два хвостовых оперения — для стабилизации и управления. Дабы вся конструкция в воздухе была устойчива, планировалось центр тяжести перенести вперед. Горизонтальное оперение устанавливалось под отрицательным углом атаки. Аппарат вместе с человеком не должен был превышать 135 кг, а снижаться он мог бы, по мысли проектировщика, со скоростью 5 м/с. Проект так и остался на бумаге, ибо Д. Кейли не привлекала идея планирующего полета.

Француз Л.-Ш. Летур решился построить управляемый парашют и лично опробовать его. Крыло в форме зонтика могло менять угол установки в полете. Предусматривался и руль направления. Но вся конструкция оказалась с серьезным аэродинамическим браком, поэтому после нескольких удачных спусков в Англии и Франции конструктор погиб, ударившись о деревья при приземлении.

Печальная участь была уготована и другим смельчакам, пытавшимся покорить воздушную стихию. Погибли также конструктор аппарата с машущими крыльями — бельгиец В. де Груф, американский планерист Д. Малони. Происходило это из-за неверных представлений того времени о механизме парящего полета. Например, люди считали, что высоко летающие птицы не подвержены действию силы тяжести, что птица парит не из-за действия потоков воздуха, а от того, что обладает аэростатической подъемной силой. Лишь во второй половине XIX в. было установлено: истинной причиной парящего полета является вертикальное перемещение воздушных масс.

Но перейдем теперь непосредственно к конструкциям планеров. Один из первых планеров-парителей птицеобразной формы (прообразом стал альбатрос, умеющий долго парить в воздухе без взмахов) был аппарат капитана дальнего плавания Жан-Мари Ле Бри (Франция). Построен аппарат был в 1856 г., а опробован в полете в 1857 г.

Всю конструкцию планера Ле Бри сделал из дерева и обтянул тканью. Несущие поверхности крепились к фюзеляжу, который был сконструирован в виде лодки. В эту лодку забирался планерист и управлял аппаратом при помощи рычагов, которые были продолжением лонжеронов крыла. Предусматривалось изменение угла стреловидности и наклона несущих поверхностей.

Ле Бри установил свой планер на тележку, запряженную лошадьми. Предполагалось, что повозка будет разогнана до скорости, позволяющей планеру оторваться от тележки и совершить короткий полет. Буксирный трос, которым планер соединялся с тележкой, перерезался и дальше совершалось свободное парение.

Во время первого испытания летательного аппарата случилось непредвиденное: трос во время разгона и отрыва планеразацепился за кресло кучера. Крылья были установлены под большим углом атаки, что увеличило подъемную силу. Планер вместе с кучером и его креслом взмыл в воздух на высоту почти 100 м. Приземление, слава богу, было удачным — на прибрежный песок вблизи г. Бреста, французского порта. Ни планерист, ни кучер не пострадали.

Вторая попытка полета на планере у Ле Бри была неудачной. Он отказался от использования тележки с лошадиной тягой, а поставил планер на краю сорокаметрового обрыва. На Г-образную конструкцию подвесили аппарат. Его качнули назад, и во время обратного хода планер был отсоединен от вышки. К сожалению, начальной скорости было очень мало для устойчивого планирования, потому конструкция стала пикировать. Если бы конструктор и планерист не увеличили угол установки крыльев, то приземление было бы трагичным. А так Ле Бри сломал ногу, сам же планер разбился.

Неудачное приземление не обескуражило французского моряка. Через десять лет он построил еще один планер, который чем-то напоминал первую конструкцию. Ле Бри изменил систему управления — к рычагам прибавились тросы для изменения кривизны профиля крыла. Появилась возможность отклонять горизонтальное оперение в вертикальной плоскости с помощью педалей. Хвост крепился к фюзеляжу при помощи пружин. Чтобы в полете изменить центровку аппарата, конструктор поместил в фюзеляже вдоль оси груз. Если говорить о размерах планера, то размах крыльев составлял 15 м, а длина аппарата была около 6 м.

На новом аппарате Ле Бри удалось пролететь вначале 30 м. Как и первый раз, в 1857 г., взлет производился с тележки, разгоняемой лошадьми.

Капитан дальнего плавания испытывал планер и без летчика. Аппарат в виде летающего змея, буксируемый матросами, поднялся на высоту около 50 м, пролетел 500 м и благополучно приземлился. При повторной попытке планер из-за порыва ветра упал и рассыпался.

Вклад Жан-Мари Ле Бри в историю мирового планеризма отнюдь не скромный. Именно открытый им буксирный метод старта используется сегодня в 90% случаев. Им же на практике доказаны некоторые незыблемые постулаты аэродинамики: корпус фюзеляжа должен быть обтекаемым, крылья удлинены. Доказано также, что не следует слепо копировать облик птицы, делать крылья подвижными, т. к. это усложняет управление аппаратом.

Революционное открытие в истории планеризма сделал другой француз — Л.-П. Муйяр. Исследуя полет птиц в восходящих потоках воздуха, он пришел к выводу, что можно совершить полет на аппарате без мотора с неподвижными крыльями. Свой вывод француз поспешил проверить на практике. Первые два планера были неудачными по конструкции. А вот об устройстве третьего поговорим несколько подробнее.

Аппарат Л.-П. Муйяра представлял собой два крыла, прочно соединенных между собой. Фюзеляжа и хвостового оперения не было. Сами крылья сделаны из легкого деревянного скелета, нервюры которых обтянуты тканью. По центру между крыльями в легкой балке было отверстие, где и помещался планерист. Во время полета он должен опираться на крылья, а туловище и ноги отклонять назад, чтобы так управлять аппаратом, вес которого составлял всего 15 кг. Старт предполагался против ветра с возвышенности, как стартуют крупные птицы. На своем планере француз совершил удачный полет на расстояние около 42 м. К недостаткам конструкции можно отнести то, что крылья были абсолютно плоскими, отсутствовали средства стабилизации полета, да и о прочности изделия не приходится говорить.

Делались попытки развития идей планеризма и в России. К основоположникам отечественного воздухоплавания на безмоторных крылатых аппаратах можно отнести Н. А. Арендта, который в 1888 г. даже выпустил труд под названием «О воздухоплавании, основанном на принципах парения птиц».

Арендт разработал планер с профилированным крылом, придумал тренажер, на котором, по его мысли, должны обучаться будущие планеристы. Но найти понимание среди соотечественников ему не удалось.

Новая страница в истории планеризма будет открыта с началом деятельности немецкого конструктора и экспериментатора Отто Лилиенталя.