Можайский создавал аэродинамические силы, двигая тележку с моделью в неподвижном воздухе. В современных лабораториях применяются аэродинамические трубы, в которых воздушный поток, гонимый мощным вентилятором, набегает на неподвижную модель. В те далекие годы, когда Можайский закладывал основы опытной ветви авиационной науки экспериментальной аэродинамики, еще не были созданы мощные электродвигатели, поэтому построить аэродинамические трубы было невозможно.
Современная аэродинамическая труба помещается в огромном длинном здании. Ровный гул проникает сквозь стены.
Как только закрывают дверь, все покрывающий гул вытесняет остальные звуки. Громадные многометровые вентиляторы гонят воздух со скоростью, превышающей скорость урагана. Труба, по которой движется воздух, рассечена надвое, и ее части отодвинуты друг от друга. В образовавшееся пространство трубы - в ее открытую рабочую часть вводят самолет. Не маленькую модель самолета, а большой настоящий двухмоторный самолет. Он стоит, опираясь на систему стержней, напоминая гигантское фантастическое насекомое. Стоит, упрямо сопротивляясь давящему на него урагану, невидимой, но колоссальной силе. Только легкое подрагивание крыльев показывает, как трудно противостоять бешеному напору безостановочно мчащейся воздушной массы.
Стержни, которые держат самолет - это рычаги и тяги аэродинамических весов. В закрытой, изолированной от шума, кабинке, исследователь наблюдает за ходом испытания. Бесстрастные стрелки точных приборов показывают величины тех сил и моментов, которые действуют на испытуемый самолет. Все взвешено, измерено, сосчитано.
Наука сегодняшнего дня - это не только "орудие надобности", говоря словами Менделеева, но и "власть знания". В аэродинамических трубах сверхзвуковых скоростей изучается техника завтрашнего, а может быть даже послезавтрашнего дня.
Но все, что выполнил Александр Федорович Можайский при помощи своей маленькой, примитивной тележки, нынче не кажется устарелым, или наивным. С помощью простого прибора выдающийся русский исследователь сделал величайшие аэродинамические открытия, незыблемость которых нельзя поколебать.
Научные открытия Можайского очень важны, так как они опрокидывали неправильные старые представления, опиравшиеся на ошибочные предположения Ньютона. Можайский опроверг отживающие представления, выступил как смелый новатор, как подлинный ученый" как представитель той науки, о которой товарищ Сталин говорит, что
"Наука потому и называется наукой, что она не признает фетишей, не боится поднять руку на отживающее, старое и чутко прислушивается к голосу опыта, практики".
Можайский установил, что существует угол атаки, при котором отношение подъемной силы к силе сопротивления достигает наибольшего значения. Он нашел, что для плоской пластинки, которая положена в основу крыла, этот угол равен 5°. Позже Александр Федорович предложил установить крыло своего самолета именно под этим углом атаки. Теперь принято называть отношение подъемной силы к силе сопротивления качеством, а угол, соответствующий наибольшему качеству - наивыгоднейшим.
Можайский обнаружил, что при угле атаки, равном приблизительно 15°, подъемная сила плоской пластинки достигает своего наивысшего значения. Теперь этот вывод подтвержден и объяснен, и данный угол атаки получил название критического.
Таким образом, именно Александр Федорович Можайский явился первооткрывателем характеристических углов атаки, знание которых предшествует аэродинамическому расчету самолета.
Первая заслуга Можайского - ученого и исследователя - в том, что он заложил основы экспериментальной аэродинамики и установил важнейшие аэродинамические соотношения.
Вторая его заслуга заключается в том, что он применил свои выводы для создания первого в мире аэродинамического расчета самолета.
Можайский дал качественную формулировку для определения динамической подъемной силы:
"Для возможности парения в воздухе существует некоторое отношение между тяжестью, скоростью и величиной площади или плоскости, и несомненно, что чем больше скорость движения, тем большую тяжесть может нести та же площадь".
Он же применил формулы для расчета подъемной силы и силы сопротивления своего самолета. Эти формулы после элементарных математических преобразований приводятся к такой форме, в какой их применяют конструкторы в наши дни.
Можайский все это сделал в годы, когда природа подъемной силы не была еще достаточно изучена, более чем за четверть века до того, как Николай Егорович Жуковский завершил построение новой науки - аэродинамики.
Самолет Можайского явился новым инженерным сооружением. Этот первый в мире самолет был рассчитан, а не построен на основе голой интуиции, и в этом еще одна заслуга Александра Федоровича Можайского - основоположника аэродинамического расчета.
Полет на змее
Знаменитый математик XVIII столетия Леонард Эйлер однажды заметил: "Бумажный змей, детская игрушка, пренебрегаемая взрослыми, будет когда-нибудь предметом глубоких исследований". Его слова сбылись: Можайскому воздушный змей понадобился именно для глубоких исследований.
Много лет уже Александр Федорович изучал птиц, размышлял над вопросами летания, пробовал строить летающие модели.
Если соорудить змей и попытаться на нем совершить полет, то это не только позволит убедиться в правильности расчетов, но и даст возможность разрешить вопрос устойчивости летательного аппарата в полете. А тогда не трудно перейти от змея к летательному снаряду, обладающему большой, неподвижной несущей поверхностью, которую движут в воздухе винты, вращаемые каким-либо двигателем.
Когда корабль не может близко подойти к берегу и на землю не удается бросит веревку - линь, моряки запускают змей и таким образом перебрасывают линь на берег. Можайский много раз видел запуск змея, и сам не раз проделывал эту операцию. Если маленький змей способен поднять веревку, то, следовательно, змей больших размеров сможет поднять большой груз. Но Можайский знал, что мало увеличить размеры змея, надо учесть еще скорость ветра, которая также влияет на подъемную силу змея. Один и тот же парус при более сильном ветре движет судно с большей скоростью. В конце концов воздушный змей - это тот же парус, только повернутый в другой плоскости.
Если между парусом и воздушным змеем много общего, то многовековая практика кораблестроения поможет найти наилучшие формы змея. Не случайно старинные прямые паруса распространялись с северных русских морей по всему свету. Пожалуй, лучше всего - змей прямоугольных очертаний. В книге Константинова25 "Воздухоплавание", вышедшей еще в 1856 году, которую знал Можайский, были подробно разобраны различные конструкции воздушных змеев. В этой старой книге говорилось:
"Изложенные начала конструкции воздушного змея осуществляются простейшим образом нашими уличными мальчишками. Для чего берется лист писчей бумаги, большею частью обыкновенных размеров, узкие стороны листа составляют верхнюю и нижнюю стороны змея. Плоскость его укрепляется двумя тонкими, деревянными планками, приклеиваемыми к бумаге. Концы этих планок скрепляются толстою ниткой, окаймляющей змей, причем нитки (идущие по диагонали змея) вверху и внизу змея натягиваются, чтобы придать змею несколько вогнутую поверхность".
У отличных парителей - орлов-сивучей очертания крыльев очень близки к прямоугольным - короткие и широкие.
Замечание Константинова насчет вогнутых поверхностей змея было очень важным. Можайский, задумав построить огромный змей, постарался придать ему такую же вогнутость плоскостей. Это улучшит устойчивость змея в поперечном направлении.
В те годы вышла из печати брошюра доктора Арендта из Симферополя. Этот врач так же, как и Александр Федорович, давно изучал полет птиц. Замораживал убитых птиц и, расправив им крылья, заставлял парить в воздухе на привязи при сильном ветре. Правда, выводы своих исследований Арендт хотел применить только для создания летательного аппарата с машущими крыльями.
Так русские исследователи Константинов, Арендт, Можайский сделали ряд важных открытий, намного опередив иностранцев. Но как это часто случалось в царской России, истинных авторов забывали, а их открытия приписывали иностранцам.
Константинов, например, первым указал, что вогнутая несущая поверхность создает большую подъемную силу. Арендт же высказал мысль, что ветер не мешает, а помогает полету. Но за границей это положение приписали Лилиенталю26, немецкому исследователю планеризма, который проводил свои опыты в девяностых годах. По этому поводу русский ученый Евгений Степанович Федоров27 писал:
"На основании ряда опытов и измерений, Лилиенталь приходит к выводам, которые были угаданы Арендтом..."
В годы, когда Александр Федорович Можайский выступил как смелый новатор, собираясь совершить полет на буксируемом воздушном змее прототипе планера, среди иностранных ученых находилось не мало людей, которые утверждали, что полет на машинах тяжелее воздуха вообще неосуществим. Они приводили слова известного немецкого ученого Гельмгольца, который сказал:
"Надо прийти к заключению, что в образе большого коршуна природа поставила предел организму, который может подняться с помощью своих собственных мускулов, посредством своих крыльев держаться в течение продолжительного промежутка времени в воздухе.
На основании всего этого мало вероятно, чтобы человек когда-либо, хотя бы с помощью наиболее искусно приготовленных крыльев, мог свой собственный вес поднять на высоту и продержаться известное время в воздухе".
Таким образом сам Гельмгольц считал неосуществимым мускульный полет, но ничего не говорил о полете "с помощью двигателя". Однако враги авиации стремились использовать слова Гельмгольца как тормоз для ее развития.
Александра Федоровича в его решении совершить полет не могли сбить с пути никакие авторитеты. Он начал строить большой воздушный змей, добиваясь наименьшей нагрузки на единицу поверхности крыла, чтобы змей мог поднять человека. В записях Можайского о наблюдениях над птицами было сказано:
"Вес голубя равен 78 золотникам, а подъемная площадь его крыльев и хвоста равна 95 квадратным дюймам, т. е. на каждый золотник веса приходится подъемная площадь 1,218 кв. дюйма или 144 кв. дюйма или 1 кв. фут способны нести в воздухе 118 золотников или 1 1/4 фунта...
... Несомненно, что голубь имеет способность парить... Многие мои наблюдения показали, что другие птицы способны парить при незначительной быстроте, т. е. при 10-15 верстах в час..."
Теперь точно известно, что если уменьшать нагрузку на единицу поверхности у крыла или у воздушного змея, то для отрыва от земли, для взлета нужна меньшая скорость.
Для того, чтобы человек мог подняться в воздух при умеренной скорости ветра, нужно, чтобы у воздушного змея на площадь приходилась бы малая нагрузка.
Ждать ветра не приходилось, подъемную силу можно получить и в безветрие, если сообщить движение змею; это знал Можайский. Процесс создания подъемной силы обратим: он возникает в обоих случаях - и если ветер набегает на неподвижный змей, и если змей движется в неподвижном воздухе.
До нашего времени не дошел рисунок того змея, который построил Можайский. В статье морского инженера Богославского говорилось, что Можайский "дважды поднимался и летал с комфортом". Эти полеты произошли в 1873-1876 годах, когда Можайский проживал на юге России, в Каменец-Подольской губернии.
Тройка горячих коней мчит тележку по прямой проселочной дороге вниз по пологому склону. Можайский стоит на повозке, надежно привязанный веревками к большой, прямоугольной раме, крепко слаженной из деревянных брусков, обтянутой сверху материей. Словно огромный парус вздувается змей. Еще мгновение, и он поднимается в воздух. Ноги Можайского уже не касаются досок повозки, "Гони", - кричит он кучеру. И кони мчатся еще быстрее. Молодой крестьянский паренек, сидящий в телеге, крепко держит веревку, которая связывает змей и телегу.
Лошади бегут быстро; телега, подпрыгивая, катится вперед, паренек выпускает все больше и больше веревки. Расстояние между телегой и змеем растет. Змей набирает высоту. Можайский летит. Ветер растрепал прическу. Александр Федорович не замечает этого. Он летит. Он ощущает радость первого полета. Только ветер посвистывает в ушах. Где-то далеко внизу мелькнула дорога. Все правильно в расчетах, человек будет летать!
Лошади переходят на спокойную рысь, скорость уменьшается, змей снижается. Парень отпускает веревку, и вот уже снова твердая земля под ногами Можайского. Полет завершен - шаг огромной важности сделан.
Полет на змее убедил Можайского, что неподвижное крыло способно создать настолько большую подъемную силу, чтобы поднять человека. А если это так, то можно построить и воздухолетательный снаряд.
Никто не отважился повторить смелый опыт Можайского, никто не рискнул подняться на змее. Лет через десять француз Майо вместо себя поднял на змее мешок с песком, весом равный человеку.
Полет на змее показал, что летательный аппарат может быть устойчив в воздухе. Но каким закономерностям подчинена устойчивость, на основании единичного полета сказать трудно. Вот почему, совершив полет, Можайский с новой энергией взялся за свои летающие модели. Только систематические опыты с летающими моделями позволят осветить множество вопросов, чтобы затем можно перейти к проектированию самолета.
Если вместо веревки, которая тянула змея, создать силу тяги при помощи двигателя и винта, то крылатый воздухолетательный снаряд должен летать. Какую же форму придать винтам и в каком месте аппарата их расположить? Ответ могло дать испытание летающих моделей. Эти испытания помогут найти, где расположить центр тяжести, чтобы полет был устойчив. Надо добиться, чтобы летающая модель сама отрывалась от земли и благополучно приземлялась бы.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26