ru

История Авиации

Научное осмысление полета на аппарате тяжелее воздуха началось в XV веке. Гениальный флорентиец Леонардо да Винчи, который сочетал в себе талант художника и ученого, первый начал разрабатывать теорию полета человека. На это ушло немало времени, почти три десятилетия Леонардо да Винчи изучал полеты птиц и летучих мышей, после чего он сделал однозначный вывод: будущее принадлежит летательным аппаратам.
В сохранившихся записях у Леонардо есть упоминания о трех типах полета: скользящем, гребном и парусном, эти записи сопровождались чертежами, схемами летального аппарата с крылом. Затем да Винчи перешел к созданию реальной конструкции. По разработанной им схеме летательный аппарат представлял собой махолет (орнитоптер). Машущие движения выполнялись в основном за счет мышечной силы ног человека. Аппарат был снабжен горизонтальным хвостовым оперением для обеспечения его устойчивости и управляемости.Таким образом, в аппарате Леонардо да Винчи крыло выполняло как несущие функции (создание подъемной силы) так и тяговые (создание тяги для поступательного движения), оно являлось двигателем летательного аппарата. Следует заметить, что и через пять веков после разработки проекта Леонардо да Винчи проблема создания махолета остаеться нерешенной, тем более эта задача не могла была разрешена в средние века.В 1475 г. Леонардо да Винчи находит решение для осуществления механического полета человека: в качестве двигателя для летатьного аппарата он предложил использовать воздушный винт. По замыслу автора, воздух должен стать «гайкой» для токого винта, что позволило бы поднять в воздух весь летательный аппарат. Описывая конструкцию аппарата, да Винчи утверждал, что при радиусе винта в 12 метров «скелет» его должен быть выполнен из проволоки «толщиной в веревку». К сожалению, эти смелые идеи великого флорентийца оставались неизвестны человечеству почти до конца XIX века и ни одна из моделей, которые он строил так и не взлетела.В XVII веке турецкий путешественник Эвлия Челеби сообщал, что в 1630—1632 гг. он видел турецкого учёного Хезарфена Ахмеда Челеби, который на аппарате с крыльями перелетел Босфор. Он спрыгнул с Галатской башни (высота 55 м) в Стамбуле и, предположительно, пролетел расстояние около 3 км, приземлившись на азиатской стороне Босфора, без каких-либо травм.В 1633 г. брат Хезарфена, Лагари Хасан Челеби поднялся в воздух на ракете, которая была сделана из большой клетки с конической вершиной, заполненной порохом. Это был первый известный пример полёта пилотируемой ракеты и аппарата с искусственным двигателем. Полёт был совершён во время празднований в честь рождения дочери султана Мурада IV. Полёт продолжался по оценкам около 20 секунд, максимальная высота достигала порядка 300 метров. Эвлия сообщил, что Лагари совершил мягкую посадку при помощи крыльев, прикреплённых к его телу и сыгравших роль парашюта. Лагари был вознаграждён султаном деньгами и высокой военной должностью.В 1670 г. Франческо де Лана-Терци издал работу, которая предлагала технологию полёта на аппарате легче воздуха из сфер, в которых был создан вакуум, и этот вакуум будет настолько легче замещённого воздуха, что поднимет воздушный корабль вверх. Однако он не учел того, что эти сферы будут раздавлены давлением воздуха.Первой печатной работой об авиации были «Эскизы машины для полёта по воздуху» Эммануила Сведенборга, изданные в 1716 г. Описанная в них летающая машина состояла из лёгкого каркаса с натянутой на него крепкой тканью и имела два больших весла или крыла, двигающихся на горизонтальных осях таким образом, что при движении вверх они не встречали сопротивления, а при движении вниз создавали подъёмную силу. Хотя Сведенборг знал, что эта машина не будет лететь, но он рассматривал её как базовую модель и был уверен, что проблема в будущем будет решена. Сведенборг показал в своей работе, что наличие двигателя у летательного аппарата является важнейшим условием полёта.

Уже в XVIII веке Михаил Васильевич Ломоносов разработал проект и построил малый летательный аппарат тяжелее воздуха для поднятия в верхние слои атмосферы измерительных приборов. Летательные аппараты легче воздуха тогда еще не имели практического применения, и ученый обратился к идее создания летательной машини тяжелее воздуха. Тягу для вертикального подьема аппарата создавали два воздушных винта, вращавшихся в противоположные стороны. По существу, это была модель современного двухвинтового вертолета. Мысль о такой машине возникла у Ломоносова в связи с его исследованиями по физике и метеорологии. Он нашел средство, с помощью которого можно было бы поднять над землей метеорологические регистрирующие приборы.

Первые серьёзные попытки полёта человека были реализованы в Европе в конце XVIII века. Созданный тогда аппарат был снабжен горизонтальным хвостовм оперением для обеспечения его устойчивости и упровляемости, а движение выполнялось в основном за счет мышечной силы ног человека.

Первый общеизвестный полёт человека был совершён в Париже в 1783 г. Жан-Франсуа Пилатр де Розье и маркиз де Арландес пролетели 8 км на воздушном шаре разработки братьев Монгольфье, наполненном горячим воздухом. Воздушный шар нагревался огнём от сжигаемой древесины и не был управляемым, то есть перемещался по воле ветра. Вскоре запуск воздушных шаров-зондов стал популярным развлечением в Европе в конце XVIII века, таким образом человек начал покорять высоту и атмосферу.

В последние годы XVIII века сэр Джордж Кэйли провёл первое серьёзное изучение физики полёта. В 1799 г. он создал схему планёра, которая, за исключением вертикальной проекции, полностью соответствовала современным, хвост его использовался для управления, а пилот находился внизу для обеспечения стабилизации полёта; эта модель совершила полёт в 1804 г. За последующие пятьдесят лет Кэйли продолжал работать над физикой полёта, за это время он изучил большую часть основ аэродинамики и ввёл такие термины как подъёмная сила и лобовое сопротивление. Он использовал двигатели внутреннего и внешнего сгорания, в качестве топлива для которых использовался порох, но остановился на резиномоторе Альфонса Пено, что позволяло делать модели с двигателем более простыми. Позднее Кэйли использовал его исследования для постройки полномасштабного аппарата, который совершил беспилотный полёт в 1849 г., а в 1853 г. был совершён уже пилотируемый короткий полёт в Бромптоне, недалеко от Скарборо в Йоркшире, им же создан управляемый парашют.

В 1848 г. Джон Стрингфеллоу осуществил успешный испытательный полёт модели с паровым двигателем, в Чарде, Сомерсет, Англия. Эта модель была беспилотной.

Работа над созданием управляемого воздушного шара (дирижабля, который получил название воздушный корабль) продолжалась в течение 1800-х годов. Первый управляемый оснащённый паровым двигателем аппарат легче воздуха поднялся в 1852 г., когда француз Жиффар пролетел 24 км. В том же1852 г.

Гиффорд также строит управляемый воздушный шар. Неуправляемые воздушные шары применялись еще во время гражданской войны в США.

Следующий технологический прорыв был совершён в 1884 г., когда был осуществлён первый полностью управляемый свободный полёт на французском военном дирижабле с электрическим двигателем «La France» Шарлем Ренаром и Артуром Кребсом. Длина дирижабля составила 52 м, объём — 1 900 м³, за 23 минуты было покрыто расстояние в 8 км при помощи двигателя мощностью 8 1/2 л. с. Тем не менее, эти аппараты были недолговечны и чрезвычайно непрочны. Регулярные управляемые полёты не совершались до появления двигателя внутреннего сгорания.

Первыми летательными аппаратами, которые стали выполнять регулярные контролируемые рейсы, стали мягкие дирижабли (позже названные «блимпы» [от англ. «толстяки», «неуклюжие»)]; самый успешный ранний проект этого типа летательного аппарата был разработан бразильцем Альберто Сантос-Дюмоном. Сантос-Дюмон эффективно установил на воздушный шар двигатель внутреннего сгорания. 19 октября 1901г. он стал всемирно известен, после того как он на своём дирижабле «Номер 6» пролетел над Парижем из Сен-Клу, вокруг Эйфелевой Башни и вернулся менее чем через тридцать минут, чтобы выиграть приз. После такого успеха своих дирижаблей Сантос-Дюмон спроектировал и построил ещё несколько аппаратов.

В то же самое время, когда мягкие дирижабли начали завоёвывать признание, развитие твердых дирижаблей также не стояло на месте. Впоследствии именно твердые дирижабли смогли переносить больше грузы, чем самолёты, в течение многих десятилетий. Конструкция таких дирижаблей и её развитие связаны с немецким графом Фердинандом фон Цеппелином.

Строительство первых дирижаблей-цеппелинов началось в 1899 г. на плавающем сборочном цехе на Боденском озере в Заливе Манзелл, Фридрихсхафен. Он было предназначено для того, чтобы упростить процедуру старта, поскольку цех мог плыть по ветру. Опытный дирижабль «LZ 1» (LZ обозначало «Luftschiff Zeppelin») имел длину 128 м, на нём были установлены два двигателя Даймлер мощностью 14.2 лошадиных сил и балансировался путём перемещения веса между его двумя гондолами. Первый полёт Цеппелина состоялся 2 июля 1900 г. Он продолжался в течение всего 18 минут, поскольку LZ 1 был вынужден приземлиться на озеро после того, как механизм балансирования веса сломался. После ремонта аппарата технология жёсткого дирижабля успешно была испытана в последующих полётах, побив рекорд скорости на 6 м/с французского дирижабля Франция на 3 м/с, но этого ещё было недостаточно для привлечения значительных инвестиций в дирижаблестроение. Это произошло через несколько лет, в результате граф получил необходимое финансирование.

Однако дирижабли использовались и в Первой, и во Второй мировых войнах, и продолжают ограниченно использоваться и в наши дни, но их развитие было в значительной степени заторможено развитием аппаратов тяжелее воздуха.

В XIХ веке появляются планеры. Известно, что в 1866 г. польский крестьянин, скульптор и плотник по имени Ян Внек построил и летал на управляемом планёре. Внек был неграмотным самоучкой и свои знания о природе основывал на наблюдении полёта птиц и на собственном опыте и навыках строителя и скульптора. Ян Внек был твердо привязан к своему планёру грудью и бедрами и он управлял планёром, смещая концы крыльев с помощью верёвок, прикреплённых к стременам в его ногах. Церковные записи отмечают, что в январе этого же года Ян Внек слетел со специально сделанной рампы с крыши церкви Одпорышува; высота церкви составляла 45 м, при этом церковь находилась на холме высотой 50 м, то есть полная высота составляла 95 м. Ян Внек совершил несколько публичных полётов на существенные расстояния с 1866 г. по 1869 г., как правило, во время религиозных праздников, карнавалов и празднований Нового года. Внек не оставил никаких известных письменных записей или рисунков, то есть, не оказал никакого влияния на прогресс в авиации.

Эксперименты с планёрами заложили основу строительства аппаратов тяжелее воздуха, и в начале XX века прогресс в двигателестроении дал возможность управляемого полёта с двигателем, в том числе и реактивным. С этого времени, авиаконструкторы изо всех сил пытались создать аппараты, которые были бы быстрее, летели дальше и выше, и имели бы более простое управление. Первоначально планёры управлялись путём движений телом (Отто Лилиенталь) или перекосом крыла (братья Райт). 1880-е годы стали периодом интенсивного изучения, для этого времени были характерны исследования «учёных джентльменов», которые внесли больший вклад в науку до XX века. Началом в исследованиях 1880-х было строительство первых действительно практически пригодных к эксплуатации планёров. Основной вклад внесли три человека: Отто Лилиенталь, Перси Пильчер и Октав Шанют. Один из первых действительно современных планёров был построен Джоном Дж. Монтгомери; он совершил управляемый полёт недалеко от Сан-Диего 28 августа 1883 г.. Только много лет спустя информация о его полёте стала общеизвестна. Дельтаплан Вильгельма Кресса был построен в 1877 г. недалеко от Вены.

Кстати, в 1877 г. Энрико Форланини создал беспилотный вертолет, оснащённый паровым двигателем. Он поднялся на высоту 13 метров, где оставался в течение около 20 секунд, вертикально взлетев в парке в Милане, Италия.

В России развитие авиации связано с именем А. Ф. Можайского. В 1882 г. Александр Можайский недалеко от Красного Села, создал и испытал моноплан с двумя паровыми машинами, который, по некоторым ничем неподтвержденным сообщениям, якобы смог самостоятельно оторваться от земли после разбега. Однако сам «полет» был неудачным: сразу после отрыва самолет потерял скорость и рухнул на крыло. Для продолжения исследований денег у А.Ф Можайского не нашлось. Исследования, проведённые в ЦАГИ в 1980-х годах, показали, что самолёт Можайского не был способен к устойчивому горизонтальному полёту ввиду недостатка мощности силовой установки, а кроме того — не имел никаких органов управления для компенсации возникающего в полёте крена, то есть, был частично не управляем; тем не менее, не исключается возможность того, что при определённых обстоятельствах он мог после разбега оторваться от земли благодаря экранному эффекту, а после этого резко потерять подъёмную силу и свалиться на крыло, что соответствует описаниям испытаний очевидцами.

После выдающихся успехов в астрономии и во время работы в Смитсоновском институте в качестве Секретаря, Самуэль Пирпонт Лэнгли начал серьёзные исследования в области аэродинамики в учреждении, которое называется сегодня Университетом Питтсбурга, США. В 1891г. он издал детальное описание своих исследований — «Эксперименты в Аэродинамике», а затем начал конструировать свои аппараты. 6 мая 1896 «Аэродром Лэнгли номер 5» совершил два успешных неуправляемых полёта габаритного аппарата тяжелее воздуха с двигателем, длина одного была 1 005 м и второго — 700 м, скорость полета — около 41 км в час. В обоих случаях «Аэродром номер 5» с целью сохранения аппарата целым, он был посажен на воду, так как не был оборудован механизмом приземления.Гленн Кёртисс сделал несколько модификаций «Аэродрома» и совершал успешные полёты на них в 1914 — таким образом Смитсоновский институт имеет основания утверждать, что «Аэродром» Лэнгли был первым аппаратом, «способным к полёту».

Вскоре после того, как Лэнгли прекратил работу братья Райт совершили успешный полёт на своем аппарате Флайер. Следуя принципу Лилиенталя прыжка перед полётом, братья Райт построили и испытали ряд бумажных змеев и планёров с 1900 по 1902 гг. до того, как построить аппарат с двигателем. Планёры успешно летали, однако не так, как Райт ожидали, исходя из экспериментов и писем их предшественников XIX века. В итоге, установив строгую систему проектирования, испытании в аэродинамической трубе и лётные испытания опытных полноразмерных образцов, Райт не только построили действующий самолёт, но также внесли вклад в современный подход к авиастроению. Братья Райт совершили первый длительный управляемый полёт аппарата тяжелее воздуха с двигателями в песчаных дюнах в 8 км от Китти Хаук, Северная Каролина,СшА 17 декабря 1903 г.

Братья Райт провели целую серию полётов (около 150) в 1904 и 1905 гг. в Прерии Хаффман в Дейтоне, Огайо, свидетелями которых были их друзья и родственники. Газетные репортеры не освещали эти полёты после неудачного полёта в мае 1904 г.

Публичные представления полётов на большой высоте были проведены Дэниелом Мэлони на планёре с двойным крылом Джона Монтгомери в марте и апреле 1905 года в Санта-Клара, Калифорния. Эти полёты получили широкое освещение в американских СМИ и на них было продемонстрировано превосходное управление аппаратом, он поднимался на высоту до 1 200 м и приземлялся в заранее определённых местах.

Первая киносъёмка полёта, сделанная Уилбером Райтом 24 апреля 1909 г.

14 мая 1908 г. братья Райт совершили первый полёт самолёта с двумя людьми на борту, пассажиром был Чарли Фёрнас.

8 июля 1908 г. Тереза Пельте стала первой женщиной, которая поднялась на самолёте в качестве пассажира, совершив полёт на 200 м с Леоном Делагранжем в Милане, Италия.

Томас Селфридж стал первым человеком, погибшим в авиакатастрофе самолёта 17 сентября 1908 г., когда самолёт, пилотируемый Орвиллом Райтом и пассажиром которого был Селфридж, разбился во время испытаний для заключения контракта с Армией США в Форт Майр в Вирджинии.

В конце 1908 г. госпожа Харт О. Берг стала первой американкой, которая стала пассажиром самолёта, пилотом был Уилбер Райт, полёт состоялся в Ле-Ман, Франция.

25 июля 1909 г. Луи Блерио на моноплане Blériot XI пересёк Ла-Манш, получив приз газеты Daily Mail. Его полёт из Кале в Дувр продолжался 37 минут.

22 октября 1909 г. Раймонд де Ларош стала первой женщиной-пилотом, совершившей одиночный полёт на аппарате тяжелее воздуха с двигателем. Она же стала первой женщиной в мире, которая получила лицензию пилота.

10 мая 1913 года совершил свой первый полёт первый в мире четырёхмоторный самолёт «Русский витязь» авиаконструктора И. И. Сикорского. Это событие дало существенный толчок развитию тяжёлой авиации.

Годы между Первой и Второй мировыми войнами отмечены существенным прогрессом в технологии самолётостроения. За этот период от самолётов, построенным главным образом из древесины и ткани, конструкторы пришли к почти полностью алюминиевым аппаратам. Развитие двигателей также шло быстрыми темпами, от бензиновых двигателей с водяным охлаждением до роторных и радиальных с воздушным охлаждением, с относительным увеличением мощности двигателя. Движущей силой прогресса стали многочисленные призы за рекорды скорости и дальности. Например, Чарльз Линдберг выиграл Приз Ортега за первый индивидуальный безостановочный трансатлантический перелёт 25 000 долл. США, однако это был не первый безостановочный перелёт. Восьмью годами ранее капитан Джон Олкок и лейтенант Артур Браун на бомбардировщике Vickers Vimy без остановок совершили перелёт из от Сент-Джона, Ньюфаундленд в Клифден, Ирландия 14 июня 1919, выиграв приз 10 000 фт. ст. (50 000 долл. США) (приз Нортклифф).

В 1929 Джимми Дулиттл разработал пилотажно-навигационные приборы.

В 1930-е началась разработка реактивного двигателя началась в Германии и в Англии. В Англии Фрэнк Уиттл запатентовал разработанный им реактивный двигатель в 1930 и в течение десятилетия работал над его усовершенствованием. В Германии Ханс фон Охайн запатентовал свою версию реактивного двигателя в 1936 и начал работу над его усовершенствованием. Эти два человека работали независимо друг от друга, и к концу Второй мировой войны и Германия, и Великобритания строили реактивные самолёты.

1939—1945

Вторая мировая война привела к необходимости резкого увеличения темпов усовершенствования самолёта и производства. Все страны, вовлеченные в войну разрабатывали, модернизировали и производили самолёты и авиационное вооружение, при этом появились новые типы самолётов, например, дальние бомбардировщики. Эскорты истребителей стали необходимы для успеха тяжёлых бомбардировщиков, значительно снижая потери в борьбе против вражеских истребителей.

В 1969 г. космический корабль Аполлон-11 стартует, доставляя первого человека на Луну. В тот же год, когда Нейл Армстронг и Базз Олдрин высадились на Луну, в 1969-м, совершил свой первый полёт Boeing 747. Этот самолет и сегодня — один из самых распространённых крупных (широкофюзеляжных) пассажирских самолётов, и перевозит миллионы пассажиров ежегодно.

В 1975 году Аэрофлот начал регулярные рейсы на Ту-144 — первом сверхзвуковом пассажирском самолёте. В 1976 году British Airways начали трансатлантические рейсы на сверхзвуковом самолёте Конкорд. Несколькими годами ранее военный разведывательный Lockheed SR-71 установил рекорд, когда пересёк Атлантику менее чем за 2 часа.

В последнюю четверть XX века прогресс в авиации замедлился. Более не было революционных результатов в скоростях полёта, расстояниях и технологии, развитие в этот период осуществлялось в основном в области авионики. Но были и достижения в разных областях: например, в 1979 году Gossamer Albatross стал первым аппаратом, приводимым в действие мускульной силой человека, пересёкшим пролив Ла-Манш, в 1981 космический самолёт Спейс Шаттл совершил свой первый орбитальный полет (доказывав, что большой аппарат может подняться в космос, обеспечить поддержку жизнеобеспечения в течение нескольких дней, повторно войти в атмосферу на орбитальной скорости, а затем приземлиться на взлётно-посадочной полосе подобно обычному самолёту), в 1986 г. Дик Рутан и Джина Игер совершили кругосветный полёт на самолёте без дозаправки и не приземляясь. В 1999 г. Бертран Пиккард стал первым человеком, который облетел Землю на воздушном шаре.

Современные самолёты используют различные средства механизации — элероны, рули направления и рули высоты. На некоторых военных самолётах (например, на истребителе Су-27) аэродинамическая устойчивость обеспечивается специальной системой, причём полёт без помощи системы фактически невозможен. Аэродинамическая неустойчивость позволяет обеспечить более высокую манёвренность летательного аппарата, недоступную для аэродинамически устойчивого аппарата. Авиационные двигатели становятся всё более лёгкими и эффективными, от паровых двигателей Клемента Адера до поршневых, реактивных и ракетных двигателей. Первоначально летательные аппараты изготавливались из тканей и дерева, затем стали использоваться специально обработанные ткани и стальные трубки, полностью алюминиевые конструкции (в период Второй мировой войны), а сегодня всё в большей мере используются композиционные материалы.

В начале XXI века, в развитии дозвуковой авиации наметилась тенденция на создание дистанционно управляемых или полностью автономных транспортных средств. Был создан целый ряд беспилотных летательных аппаратов. В апреле 2001 беспилотный самолёт RQ-4 Global Hawk пролетел от авиабазы Эдвардс в США до Австралии без остановок и дозаправок. Это — самый длинный перелёт между двумя пунктами, когда-либо совершённый беспилотным самолетом, время полёта составило 23 часа и 23 минуты. В октябре 2003 года, состоялся первый полностью автономный трансатлантический перелёт, управляемый компьютером самолёта.