Самолёты, машущие крыльями: история орнитоптеров

Блог компании FirstVDS. Естественным и наиболее наглядным примером полёта для человека испокон веков были птицы. Логично, что при возникновении у кого-нибудь идеи подняться в воздух в первую очередь рассматривался вариант «машешь крыльями — и летишь». То, что подобная схема полёта с инженерной точки зрения куда менее выгодна, чем неподвижное крыло, люди поняли сравнительно поздно. Тем не менее идея орнитоптера (или махолёта), то есть аппарата, создающего тягу и подъёмную силу при помощи машущих крыльев, продолжает жить и по сей день.

В мифологии многие герои пользовались крыльями для полёта. Одним из самых известных является миф о Дедале и Икаре. Причём народная память отчего-то числит первопроходцем-авиатором именно Икара, хотя, если вспомнить текст первоисточника, этот беспечный юноша подходит разве что на роль первого в истории нарушителя воздушной дисциплины.

Именно этот миф вдохновил на полёт английского монаха-бенедиктинца Эйлмера, служившего в XI веке в аббатстве Малмсбери. В летописи «История английских королей», написанной другим монахом того же аббатства, содержится рассказ Эйлмера, уже пребывавшего на тот момент в престарелом возрасте, о том, как в молодости он решил повторить подвиг Дедала. Соорудив крылья, крепящиеся к рукам, ногам и спине, он прыгнул с башни аббатства и пролетел не менее фарлонга (201 метр). Приземление вышло не вполне удачным, к сожалению, Эйлмер сломал обе ноги, но это не остудило его пыл. Проанализировав свою попытку, юный монах пришёл к выводу, что для устойчивости в воздухе, помимо крыльев, ему будет необходим также и хвост, подобный птичьему. Он собирался доработать свой летательный аппарат и повторить испытание, но вмешался аббат, опасаясь за жизнь подчинённого, он запретил ему любые эксперименты с полётами.

1.pngВитраж в Мамсберрийском аббатстве, изображающий монаха Эйлмера и его орнитоптер

Эту историю позже пересказывали во многих источниках, где Эйлмер из-за невнимательности переписчиков временами превращался в Элмера, а иногда даже в Оливера. По оценкам специалистов, полёт Эйлмера теоретически осуществим на технологиях XI века, так что есть шансы, что вся эта история не является выдумкой. При хорошем ветре и некотором везении — примитивный планер-махолёт мог позволить щуплому юноше пролететь (стартовав с высоты) пару сотен метров и не разбиться насмерть в конце.

Конечно, «летающий монах» Эйлмер был не единственным. Например, учёный Аббас ибн Фирнас из Андалузии неоднократно экспериментировал в IX веке с разными конструкциями из перьев и ткани на деревянном каркасе. Английский естествоиспытатель Роджер Бэкон среди многочисленных тем, над которыми работал, размышлял и о полёте с помощью искусственно созданных крыльев.

Понятно, что ни у кого ничего не получалось. Максимум, на что мог рассчитывать пытливый средневековый изобретатель орнитоптеров — короткий планирующий полёт (точнее, по факту, «стильное падение», если цитировать классиков). Практически неуправляемый и с весьма неслабыми шансами серьёзных травм в финале. Причину этого сформулировал в конце XV века Леонардо да Винчи — человеку просто не хватало силы. Точнее, энерговооружённости — то есть его сила была слишком мала относительно его веса.

2.pngНабросок орнитоптера Леонардо да Винчи, 1489 г.

В попытке если и не побороть, то хотя бы частично смягчить проблему, Леонардо прикинул конструкцию, в которой для приведения крыльев в движение использовались бы мускулы всего тела. Пилот должен был двигать руками и ногами, как пловец. Теоретически — это должно было сделать летательный аппарат более эффективным, чем приводимый в действие одними руками, но добиться устойчивого полёта всё равно вряд ли вышло бы. Впрочем, насколько известно, этот проект так и остался на бумаге, поэтому проверить его на практике не удалось.

Немного отвлекаясь, отметим, что выводы Леонардо справедливы именно для машущего полёта. Он гораздо более энергозатратен. Летательные аппараты более традиционных по современным меркам схем вполне успешно летают на мускульной тяге пилота. Но в те годы традиционным был как раз машущий полёт, а прочие варианты, если и приходили изобретателям в голову, то рассматривались как второстепенные.

3.pngВ реальности орнитоптер да Винчи так и не был построен, но в игре Assassin’s Creed II история альтернативная, там аппарат не только воплощён, но и успешно используется

Несмотря на выкладки да Винчи и распространение новых методов полёта (аэростаты, воздушные змеи, планеры), идея летать именно по-птичьему долго не отпускала энтузиастов. Даже в начале XX века, когда уже вовсю летали аэропланы, находились поклонники «классических методов». Например, в Монголии, некто Хайнзангийн Гэлэнху удостоился в наши дни памятника за попытку полететь на крыльях, сделанных из овечьей шерсти и орлиных перьев. По одной из версий, сделал он это аж в 1932 году, после того, как увидел советские военные самолёты, помогавшие официальным властям подавлять Хубсугульское восстание. Зрелище настолько потрясло немолодого уже овцевода (ему на тот момент было за пятьдесят), что он решил повторить увиденное своими силами. Конечно, в меру собственного скромного понимания. Не имея никакого технического образования, он не смог понять принцип работы самолёта, поэтому сделал то же самое, что делали за многие века до него — устроил косплей Икара. Полёт завершился ожидаемо неудачно, но отважный пастух понравился народу и даже заслужил прозвище «парашютист Гэлэнху».

4.pngПамятник «парашютисту Гэлэнху», установленный в аэропорту города Мурэн

Что же касается более серьёзных опытов, то в конце XIX века наконец удалось создать и полноценно летающие орнитоптеры. Правда, только в виде масштабных моделей. Таких маленьких махолётов было построено много, и все они приводились в движение резиновыми жгутами, пружинами и миниатюрными паровыми машинами. А в 1889 году французский изобретатель Густав Труве продемонстрировал представителям Парижской академии наук «Механическую птицу» (Oiseau Mécanique), модель орнитоптера, крылья которого приводились в движение поочерёдно срабатывавшими холостыми револьверными патронами. Аппарат сумел преодолеть расстояние около 80 метров, что для его миниатюрных размеров было вполне солидной дистанцией.

5.png«Механическая птица» Густава Труве, 1889 год.

С полноразмерными пилотируемыми орнитоптерами дела обстояли сложнее. Известный пионер авиации, немецкий планерист Отто Лилиенталь, в начале 1890-х годов разрабатывал аппарат, который мог бы не только парить, но и активно перемещаться в воздухе именно благодаря подвижным крыльям. Увы, завершить работу Лилиенталь не успел, в августе 1896 года он погиб во время очередного полёта.

В Великобритании созданием орнитоптеров на рубеже XIX-XX веков занимался Эдвард Фрост. В 1890-е годы он построил махолёт с паровым двигателем, но ему не хватило мощности, силовая установка вместо ожидавшихся от неё 20–25 лошадиных сил, выдала всего пять. Второй попыткой стал орнитоптер доработанной конструкции и увеличенных габаритов, оснащённый двигателем внутреннего сгорания. Фрост построил его в 1902 году и продолжительное время испытывал. Наконец, в 1904 году машина смогла оторваться от земли, но не более того. Кроме мелких подскоков, от неё ничего добиться не получалось. Фрост, кстати, несмотря на это, впоследствии стал аж целым президентом Королевского воздухоплавательного общества.

6.pngОрнитоптер Эдварда Фроста, вторая модель, 1902 год.

Во Франции орнитоптерами в начале XX века занимался инженер Рене Риу. Поначалу он занимался обычными аэропланами, но потом, видимо, счёл их слишком банальными (ведь их в те годы конструировали все кому не лень) и переключился на махолёты. В 1913 году Риу при помощи своего коллеги Жана-Мари Дюбуа построил пилотируемый орнитоптер с бензиновым двигателем мощностью 35 лошадиных сил. В его конструкции было много интересных решений. Например, чтобы избежать удара крыльев о землю, старт происходил «по-самолётному» — машина разгонялась, удерживая крылья неподвижно и в горизонтальном положении. Двигатель в это время вращал колёса шасси. Когда орнитоптер набирал достаточную скорость и отрывался от земли на несколько метров, тяга переключалась с колёс на крылья, и последние переходили в машущий режим. Испытаниям аппарата помешали проблемы с двигателем, а исправить их, в свою очередь, не дала начавшаяся в 1914-м Первая мировая война. Лишь в 1916 году Риу смог вернуться к работе над машиной. Он внёс в конструкцию некоторые улучшения и установил новый мотор на целых 50 «лошадей». В этот раз орнитоптеру удалось подняться в воздух, однако полёт завершился аварией. Никто не пострадал, но машина была разрушена. Восстанавливать её Риу не стал, но идею машущего полёта не забросил. Мы ещё вернёмся к нему далее.

7.pngОрнитоптер Дюбуа-Риу, 1913 год.

В 1929 году немецкий авиаконструктор Александр Липпиш, более известный экспериментами с самолётами схемы «летающее крыло», испытал орнитоптер собственной разработки. Пролететь удалось порядка трёхсот метров, что Липпиш и поспешил объявить первым в мире успешным полётом орнитоптера. Многие, однако, выражают сомнение в справедливости такой трактовки, поскольку аппарат Липпиша был поднят в воздух с помощью самолёта-буксировщика. В итоге непонятно, сколько именно из этих трёх сотен метров он пролетел именно из-за своих машущих крыльев, а сколько просто планировал. Справедливее всего будет, наверное, поставить орнитоптер Липпиша в один ряд с проектами Фроста и Риу. То есть в воздухе он как-то, конечно, держался, но о полноценном полёте речи нет.

В СССР с махолётами экспериментировал Борис Черановский, как и Липпиш, он больше известен работой над самолётами без хвостового оперения («бесхвостки» и «летающие крылья»). Полёты проводились в 1921, 1934 и 1935 годах, но закончились тем же, что и у всех, аппараты планировали, будучи поднятыми в воздух или запущенными в вершины холма, но машущие крылья на их перемещение значимого воздействия не оказывали.

Упомянутый нами выше Рене Риу, как уже было сказано, не забросил идею машущего полёта. После окончания Первой мировой он работал в нескольких авиастроительных компаниях и участвовал в проектировании гоночных самолётов. В 1933 году он представил Авиационной технической службе (государственный орган Франции, координирующий исследования в области воздухоплавания) несколько моделей орнитоптеров. Одна из них вполне успешно прошла двухсотчасовые испытания в аэродинамической трубе. По итогам с Риу в 1937 году был заключён контракт на постройку пилотируемого прототипа. Аппарат получил обозначение Riout 102T и название Alérion («Алерион», вымышленная геральдическая птица). Внешне он, правда, больше напоминал не птицу, а стрекозу (так как имел две пары крыльев, расположенных друг за другом), так что технически правильнее называть его не орнитоптером, а энтомоптером. Но замнём это для ясности. Аппарат также был сначала испытан в аэродинамической трубе, но, в отличие от моделей, испытаний не выдержал.

8.pngRiout 102T Alérion, 1937 год.

Вторая мировая война остановила большинство экспериментов, не имеющих непосредственных практических перспектив, но не все. В Германии в 1942 году некто Адальберт Шмидт испытывал махолёт, приводившийся в движение мотоциклетным двигателем. Машина совершила успешный полёт, преодолев более 900 метров на высоте около 20 метров. После установки более мощного мотора летать он стал ещё лучше, но, как и в случае в Липпишем, был нюанс. Несущие крылья у аппарата были неподвижными и, по сути, ничем не отличались от крыльев обычного самолёта. Машущие плоскости имели относительно небольшой размер и не держали аппарат в воздухе, а лишь двигали его вперёд, фактически играя роль неуклюжего и не особо эффективного пропеллера. Так что считать эту машину орнитоптером в полном смысле этого термина вряд ли возможно.

9.pngАдальберт Шмидт и его «орнитоптер». 1942 год.

После окончания войны, в 1947 году, Шмидт построил ещё один вариант махолёта. На этот раз машущие плоскости находились на концах неподвижных крыльев, но всё так же играли роль исключительно движителя, так что полноценным орнитоптером его назвать опять-таки не выйдет.

Вообще, после Второй мировой энтузиасты машущего полёта в основном переключились на модели. Выпускались тематические игрушки, усложнялась конструкция, появлялось дистанционное управление. В наши дни, например, рассматривается возможность использовать небольшие радиоуправляемые орнитоптеры, замаскированные под птиц, в качестве разведывательных дронов для армии и спецслужб.

Пилотируемые образцы появлялись всё реже. В 1959 году английский скульптор Эмиль Хартман построил орнитоптер с мускульным приводом. Для взлёта его разгонял на буксире легковой автомобиль, то есть это снова был фактически планер, машущие крылья которого лишь помогали ему летать немного дальше обычного.

10.pngОрнитоптер Эмиля Хартмана, 1959 год.

Из последних известных экспериментов стоит отметить разве что работы энтузиастов из Университета Торонто, что в Канаде. Там работают как минимум две группы. Одна, под руководством профессора Джеймса Делаурье, создала в начале нулевых аппарат с незатейливым названием Flapper («Машущий крыльями»). Он был оснащён бензиновым двигателем, но с его помощью мог совершать лишь короткие подскоки, отрываясь от земли на две-три секунды. После оснащения машины реактивным ускорителем она смогла совершить более выраженный полёт, но сам Делаурье счёл, что наличие подобного «костыля» не позволяет считать Flapper полноценным орнитоптером.

11.pngFlapper профессора де Лурье, 2004 год.

Вторая группа работала над орнитоптерами на мускульной тяге. Один, безымянный, они создали в 1990-е, и он ничем не отличился. Второй, с романтичным именем Snowbird (дословно — «снежная птица», но вообще в обиходе так именуют серого юнко, певчую птичку из семейства воробьиных). Его построили в 2010 году с амбициозной целью попасть в Книгу рекордов Гиннеса. При размахе крыльев в 32 метра (почти как у пассажирского лайнера) аппарат имеет массу всего 43 килограмма (без пилота). Рекорд был официально зафиксирован, но в целом не впечатлил. Девятнадцать с небольшим секунд в воздухе — и всего преодолено около полутора сотен метров. К тому же для взлёта опять же использовался разгон на буксире у автомобиля.

12.pngSnowbird, 2010 год.

Зачем вообще нужны орнитоптеры в наш век вполне успешных самолётов и вертолётов? Теоретически полноценный махолёт может сочетать в себе достоинства тех и других, то есть свободно маневрировать по вертикали и даже, возможно, взлетать без разбега, при этом имея возможность летать горизонтально с относительно высокой скоростью. Проблема в том, что осуществить подобное получается только в небольших размерах. То есть у птиц и на моделях, имеющих сходные с птицами размеры. Попытка масштабировать схему на полноценный пилотируемый аппарат, даже компактный и одноместный — заканчивается провалом.

Возможно, со временем, когда будут созданы более лёгкие, прочные и гибкие материалы, а также двигатели с более выгодным соотношением массы и мощности, получится создать нормальный орнитоптер. Но полноценным воздушным транспортом они вряд ли станут. Самолёты летают быстрее, вертолёты более манёвренные, а ещё могут появиться какие-нибудь принципиально новые летательные аппараты. Так что «Дюны» ждать не стоит, скорее всего, орнитоптер станет спортивным и развлекательным снарядом, как какой-нибудь параплан.

Пожалуйста, оцените статью:
Пока нет голосов
Источник(и):

Хабр