Развитие идей полета в России в 19 веке

    В 1880 г. по инициативе Д. И. Менделеева, М. А. Рыкачева и других ученых при Русском  техническом обществе (РТО) был основан  VII (воздухоплавательный) отдел. Вскоре при Военном министерстве была образована Комиссия по применению воздухоплавания, голубиной почты и сторожевых вышек к военным целям. Создание организаций, предназначенных для развития воздухоплавания в России, послужило стимулом для дальнейшей активизации деятельности изобретателей. Наряду с попытками решить задачу управляемого полета с помощью воздухоплавательных средств, в последние десятилетия XIX — начале XX веков было предложено немало проектов летательных аппаратов тяжелее воздуха.

    Важнейшими  проблемами, возникавшими при создании самолета, являлись поиск пригодного по своим весовым характеристикам двигателя, улучшение аэродинамического совершенства самолета, достижение устойчивости в полете, обеспечение безопасности экипажа и пассажиров. Все эти вопросы привлекали внимание отечественных изобретателей и ученых, работавших над решением задачи динамического полета.

    Как, известно, одной из основных причин, препятствовавших появлению самолета, долгое время являлось отсутствие достаточно легкого двигателя. В результате постоянных усовершенствований к концу XIX века удельный вес паровых машин значительно уменьшился, но из-за необходимости применения громоздкого котла, конденсатора и потребности в запасе воды этот тип энергетической установки оставался малопригодным для использования на летательном аппарате. В связи с этим не прекращался поиск новых типов более простых, компактных и легких авиационных двигателей. Особую актуальность эта задача приобрела в России, так как из-за недостаточного уровня развития энергетической техники удельный вес отечественных паровых машин был значительно выше, чем у зарубежных образцов.

    В последние десятилетия XIX века над возможностью использования на самолете двигателей прямой реакции работали С. С. Неждановский, А. Винклер, Ф. Р. Гешвенд.

    С. С. Неждановский занимался проблемой использования реактивного двигателя для полета человека с начала 80-х годов. В его записях встречаются идеи создания самолетов с реактивными двигателями, работающими на сжатом газе (1882 г.), водяном паре (1884 г.), смеси нитроглицерина со спиртом или глицерина с воздухом (1889 г.). По оценке Неждановского, скорость таких самолетов должна была достигать 50 м/с (180 км/ч).

    Следует отметить, что в своих заметках Неждановский почти совсем не уделял внимания конструкции летательных  аппаратов, концентрируя все внимание на разработке реактивного двигателя. В этой области изобретателю принадлежит ряд интересных технических идей, например идея применения электронных насадок на сопле для увеличения массы отбрасываемого воздуха и уменьшения скорости его истечения, т. е. для повышения экономичности реактивного двигателя. Хотя, как выяснилось впоследствии, использование таких насадок давало лишь очень незначительный прирост тяги, мысль об увеличении экономичности реактивных двигателей путем подсоса окружающего воздуха к струе сгоревших газов оказалась принципиально верной и эта идея используется в настоящее время.

    Необычная идея получения реактивной тяги содержалась  в проекте самолета А. Винклера. В качестве источника энергии для полета изобретатель предложил создать пульсирующий ракетный двигатель, работающий на смеси газообразного кислорода и водорода. Компоненты должны были образовываться в результате электролиза находящейся на борту воды. Смешиваясь в камере сгорания в определенной пропорции, газы образовывали гремучую смесь, воспламеняемую электрической искрой. Ток, необходимый для электролиза воды и воспламенения горючей смеси, должна была давать гальваническая батарея. Сам самолет представлял собой весьма примитивную конструкцию, основными элементами которой были прямоугольное крыло, способное изменять в полете угол наклона, два ракетных двигателя, расположенных на концах крыла, и подвешенный снизу отсек для экипажа и грузов. Предусматривалась возможность вертикального взлета и посадки при повороте крыла на 90°. В этом, в целом утопичном проекте, наибольший интерес представляет идея использования смеси кислорода и водорода в качестве топлива для ракетного двигателя. Как известно, кислородно-водородная смесь в наши дни применяется как одно из основных ракетных топлив.

    Проект  А. Винклера явился первым в России опубликованным проектом реактивного  самолета и первым проектом самолета вертикального взлета и посадки.

    Кажущаяся доступность идеи реактивного полета привлекла к себе внимание первых отечественных авиамоделистов. В 1886 г. А. В. Эвальдом была построена и испытана модель самолета с пороховой ракетой. Модель представляла собой моноплан - «бесхвостку» с крылом площадью 0,5 м2. Крылья имели явно выраженную поперечную У-образность. Для обеспечения жесткости они поддерживались проволочными растяжками, прикрепленными к двум мачтам и осям четырехколесного шасси. Пороховая ракета помещалась в центре крыла в металлическом желобе; все деревянные части конструкции для предохранения от огня были обиты жестью.

    Испытания начались зимой 1886/87 года. Долгое время  Эвальд не мог добиться устойчивого  полета. Лишь после очередной, восемнадцатой переделки (в чем именно она заключалась, Эвальд не указал) модель совершила успешный полет. Модель Эвальда была первой в России моделью реактивного самолета и первой моделью самолета с реактивным двигателем, поднимавшейся в воздух после разбега по земле.

    Несмотря  на все несовершенство первых проектов реактивных самолетов, эта сторона  деятельности пионеров отечественной  авиации представляет определенный исторический интерес, так, как являлась необычным и, как показало будущее, в принципе перспективным направлением развития самолетостроения.

    В последние годы XIX столетия внимание пионеров авиации привлек двигатель внутреннего сгорания. Этот тип двигателя был значительно усовершенствован — уменьшились его габариты и вес, повысилась экономичность и надежность в работе. Вскоре он стал основным типом авиационной силовой установки. Первый в России проект самолета с бензиновым двигателем относится к 1890 г. (В. К. Герман).

    Большое внимание первые конструкторы отечественной  авиации уделяли разработке мер по уменьшению аэродинамического сопротивления самолета. В 1883 г. С. С. Неждановский высказал в своих дневниках идею о возможности размещать внутри крыла те агрегаты самолета, которые не участвуют в образовании подъемной силы. Приводя схему размещения двигателя в крыле, он подчеркивал, что «... удовлетворительное устройство машины зависит от ее легкости и формы, обуславливающей малое сопротивление воздуха». Позднее (1893 г.) ученый предложил убирать в полете шасси; уборка должна была осуществляться с помощью сжатого воздуха.

    В XIX веке уже было известно, что аэродинамическая сила, действующая на крыло, пропорциональна квадрату скорости полета. Это натолкнуло изобретателей на мысль о возможности применения на самолете крыла изменяемой в полете площади: с увеличением скорости площадь несущей поверхности, а следовательно, и лобовое сопротивление, могли быть уменьшены.

    Помимо  применения крыла изменяемой площади, предусматривалась возможность укороченного взлета и посадки. Для этого должны были использоваться вспомогательные винты с вертикальной осью. Они могли работать за счет отбора части мощности двигателя.

    Особое  место среди первых проектов самолета занимает работа К. Э. Циолковского, опубликованная в 1894 г. Если рассмотренные выше предложения, как правило, носили характер эскизного проекта, общей идеи, и в них отсутствовало сколь-либо серьезное научное обоснование выбора схемы и параметров летательного аппарата, то проект Циолковского основывался на глубокой и всесторонней научной проработке. Проведенный ученым предварительный поиск включал, в частности, расчет оптимальных значений удлинения и относительной толщины крыла, анализ влияния отдельных параметров на летно-технические характеристики самолета; для определения взлетного веса использовалось уравнение относительных весов, при этом был проведен анализ каждого из его составляющих.

    Согласно  проекту, самолет К.Э.Циолковского представлял собой свободнонесущий моноплан классической схемы с бензиновым двигателем внутреннего сгорания. Основным материалом конструкции должен был служить алюминий. Для устранения действия реактивного момента винта самолет предполагалось снабдить двумя тянущими пропеллерами, вращающимися в противоположные стороны. Крыло с расчетным удлинением 4 и относительной толщиной около 0,05 сужалось к концам. Кромки профиля крыла должны были быть выполнены закругленными. Сочленение крыла с фюзеляжем — по типу «чайка». Фюзеляж хорошо обтекаемой формы с овальным поперечным сечением был рассчитан на перевозку 1-4 человек. Согласно расчету, в одноместном варианте взлетный вес самолета составлял 450 кг, мощность двигателя 18,6 л. с., скорость 128 км/ч, максимальная продолжительность полета 4 ч. Для управления должны были  служить вертикальный и горизонтальный рули.

    Стремясь  повысить безопасность в полете, Циолковский предусмотрел автоматическое обеспечение продольной устойчивости, основанное на использовании гироскопа.

    Несмотря  на недопустимо большой вес выпускаемых  в те годы двигателей, Циолковский  верил в осуществимость своих  идей.

    В рассматриваемый период работы сторонников аппаратов с неподвижным крылом велись в крайне неблагоприятных условиях. В организациях, предназначенных для рассмотрения новых проектов в области авиации и воздухоплавания, господствовало мнение, что идея самолета является бесперспективной. Понятно, что в таких условиях надеяться на поддержку со стороны государства не приходилось и проекты оставались нереализованными.

    В создавшейся ситуации единственным доступным средством практической проверки идей были опыты с летающими моделями. В этой области последнее десятилетие XIX века в России работали Н.Е.Жуковский, В.К.Герман, С.С. Неждановский,  В.В.Котов. Следует отметить, что работы первых отечественных авиамоделистов имели новаторский характер. С помощью моделей планеров впервые были исследованы летные свойства аппаратов схемы «утка», разработаны и экспериментально проверены способы обеспечения балансировки и управления самолетов схемы «бесхвостка». Некоторые из построенных моделей были положены в основу проектов пилотируемых аппаратов.

    Несмотря  на отсутствие материальной и моральной  поддержки со стороны государства, в конце рассматриваемого периода  один из проектов самолетов все же был воплощен в жизнь. Самолет  построил на собственные средства член воздухоплавательного отдела РТО Е. С. Федоров.

    По  схеме самолет Федорова резко  отличался от других летательных аппаратов с неподвижным крылом. Он представлял собой пятиплан без горизонтального оперения. Под крыльями имелась колесная тележка,   на   которой   размещались   пилот и двигатель. Крылья (изогнутого профиля) имели пружинную подвеску,   благодаря  чему  конструктор  надеялся  обеспечить  автоматическое демпфирование порывов ветра. Для управления самолетом крылья могли поворачиваться с помощью специальных тяг с места пилота. Для изменения высоты полета они отклонялись одновременно,   управление   направлением   полета  должно   было осуществляться изменением угла атаки крыльев только с одной стороны. Наряду с этим предусматривалась установка обычного руля направления. Идея применения поворотных крыльев для управления подъемной силой, возникла, по-видимому, из наблюдений за полетом птиц.

    Самолет строился в Петербурге в течение  многих лет. Первоначально планировалось, что будет применен крыльчатый пропеллер, однако, на самолете был установлен обычный тянущий винт. Он приводился в движение одноцилиндровым бензиновым двигателем внутреннего, сгорания. По сведениям Шаврова, общая площадь крыльев составляла 26 м2, размах — около 6,5 м, удлинение — 8м. Мощность мотора 10 л. с. До стадии летных испытаний Е. С. Федорову довести самолет не удалось.

    Аппарат Е. С. Федорова был вторым (после А. Ф. Можайского) построенным в России самолетом. На нем впервые в истории  отечественного самолетостроения был установлен двигатель внутреннего сгорания,  применена схема  полиплан,  употреблено крыло большого удлинения с искривленным профилем. Однако в целом конструкция  самолета  Федорова  была менее прогрессивна,  чем самолет Можайского. Идея обеспечения устойчивости и управляемости с помощью пружинной подвески несущих поверхностей и изменения угла наклона крыльев в полете оказалась трудноосуществимой и не нашла применения в самолетостроении. Также не получили распространения и самолеты с большим числом крыльев. 
 
 
 

    Заключение 

      Приведенные материалы показывают,  что, несмотря на отрицательное отношение со стороны государственных  организаций, ученые и изобретатели не прекращали поиска путей решения проблемы  полета   с   помощью   аппаратов   с  неподвижным  крылом. Ведь именно с помощью такого рвения познать полет птиц  и были созданы первые летательные аппараты. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы 

1. П.Д.Дузь «История воздухоплавания и Авиации в  России», Москва «Машиностроение» - 1981г.
2. «Авиация в России»: Справочник/М.В.Келдыш, Г.П.Свищев и др. – 1988г.