Хронограф
18152229
29162330
310172431
4111825
5121926
6132027
7142128

<декабрь>

Путеводители

Воздушные велосипедисты

Более ста лет назад человек научился летать с помощью мотора. Но он до сих пор хочет подниматься в небо, опираясь лишь на собственные силы

  
Испытания мускулолета Gossamer Albatross II в Калифорнии проводились в трех конфигурациях: на мускульной энергии, на электрическом моторе и без пропеллера. Результаты испытаний собирались для конструирования аппарата, способного летать на больших высотах. Фото: NASA

12 июня 1979 года 26-летний американский велосипедист-профессионал Брайан Аллен (Bryan Allen) впервые в истории пересек Ла-Манш на мускулолете — летательном аппарате, приводимом в движение мускульными усилиями человека. Расстояние в 35 820 м он преодолел за 2 ч 49 мин со средней скоростью 12,7 км/ч. Аппарат, на котором был установлен рекорд дальности полета, был самолетного типа: в качестве движителя в нем использовался тянущий винт. Двигателем же были мускулистые ноги велосипедиста, вращающие педали. Мускулолет, сконструированный американским инженером Полом Маккриди (Paul McCready), назывался Gossamer Albatross («Легчайший альбатрос»).

Благодаря этому достижению инженер и пилот не только вошли в историю, но и получили за эффективное сотрудничество интеллекта и мускулатуры 100 тысяч фунтов стерлингов — премию, учрежденную Британским Королевским обществом аэронавтики (The Royal Aeronautical Society) на деньги промышленника Генри Кремера (Henry Kremer) за достижения в области полетов на мускульной тяге. И приз за перелет через Ла-Манш не единственный. Двумя годами раньше Брайан Аллен получил премию за полет на предыдущей модели «Альбатроса» по маршруту в виде восьмерки, доказав тем самым, что мускулолеты способны маневрировать в воздухе.

  
Предполагалось, что крылья этого механизма должны были двигаться на мускульной энергии человека. Но эта машина была бы слишком тяжелой, и не смогла бы подняться в воздух. Леонардо осознавал эту проблему и предполагал уменьшить вес механизма, используя более легкие материалы 

Летать, как птица

История попыток человечества сравняться с птицами уходит корнями во времена столь древние, что сплетается с мифами. Первым предшественником инженера Маккриди был Дедал, изготовивший из птичьих перьев и воска крылья для себя и для своего сына Икара, дабы выбраться из критского лабиринта. Немолодой Дедал успешно справился с испытанием первого мускулолета. Икар же от переизбытка юношеских сил превысил допустимый потолок, за что и поплатился жизнью. Поплатился жизнью, хотя и по другим причинам, также некий холоп Никита, который пытался взлететь с колокольни Александровской слободы, столицы опричнины, использовав махолет аналогичной конструкции.

Примерно в то же самое время, когда у нас царила опричнина, титаны итальянского Возрождения пытались решить эту проблему, используя не вульгаризированную бионику, а научные достижения своего времени. Некоторые полезные соображения по поводу устройства летательного аппарата, приводимого в движение мускульной силой, были у Мариано ди Якопо Такколы (Mariano di Jacopo Taccola, 1381–1458). Леонардо да Винчи (1452–1519) развивал эту идею начиная с 1475 года и до самой смерти, посвятив ей множество своих рисунков. На них мы находим и результаты наблюдений за полетом птиц, и разнообразные конструкции летательных аппаратов — и геликоптеров, машущих крыльями, и орнитоптеров, немного похожих на современные вертолеты, только с архимедовым винтом вместо пропеллера, и с вертикальным положением «пилота», и с горизонтальным, и с ручным приводом, и с ножным. Только реализовать свои идеи «в материале» великий Леонардо так и не сумел.

Спустя триста лет «карманную» модель геликоптера, ничего, естественно, не зная об инженерном наследии Леонардо, создали французы Лонуа (Launoy) и Бьенвеню (Bienvenu). Их детище, оснащенное четырехлопастным винтом, с легкостью поднималось в воздух за счет раскручивания пружины из китового уса. Впоследствии прообраз современного вертолета начали приводить в движение паровиками и электромоторами, в связи с чем говорить о стремлении парить в небесах, используя силу мускулатуры ног и рук, не приходится.

Идея создания мускулолета возродилась в начале ХХ века. И подогрел интерес к ней Робер Пежо (Robert Peugeot), занимавшийся на популярной автомобильной фирме своего дядюшки выпуском велосипедов. В 1912 году он назначил приз в десять тысяч франков тому, кто пролетит на велосипеде с прикрепленными к нему крыльями десять метров, и тысячу — кто преодолеет хотя бы метр. Это был неплохой рекламный ход. В назначенный час в «Парке принцев» при большом стечении публики тридцать удальцов с крепкой мускулатурой начали ристалище, которое продолжалось несколько часов. Но никто из них не получил даже одного су.

Попытки подняться в воздух лишь за счет подъемной силы крыльев при значительной скорости разгона, не имея тянущего или толкающего винта, несмотря на их казавшуюся бесперспективность, продолжились. И в 1921 году свершилось чудо. Габриэль Пулен (Gabriel Poulain, 1884–1953), прикрепив к 17-килограммовому велосипеду два больших крыла, смог разогнаться до скорости в 40 км/ч. В результате ему удалось пролететь на импровизированном планере 12,3 м.

  
Daedalus-88, пилотируемый Гленом Треммлом, на испытаниях на полигоне NASA Dryden Flight Research. Фото: Beasley/NASA
В 1935 году в германской компании Юнкерс (Junkers) был создан прообраз современных мускулолетов самолетного типа, получивший название Mufli. Он имел тянущий винт, на который передавался крутящий момент от велосипедных педалей. Но поскольку в момент разгона мышечные усилия передавались не колесам, а винту, поднять в воздух такую машину не удавалось. Mufli «выстреливали» в воздух при помощи катапульты из резиновых канатов. Этот мускулолет поднимался в небо более ста раз. В 1935 году он смог пролететь 235 м, в 1937 году рекорд был доведен до 712 м.

Несмотря на то, что Mufli не был способен совершить классический цикл (взлет, полет и посадка) автономно, стало понятно, что со временем будет решена и проблема взлета. «Арифметика» тут такая. В условном «минимальном варианте» пилоту мускулолета, весящему 75 кг, достаточно развивать мощность в 1 л.с. в течение минуты, чтобы оторваться от земли. Во время спортивных состязаний некоторые спортсмены способны развивать мощность до 2,5 л.с., удерживая такой уровень нагрузки до 5 мин. Когда необходимая высота полета уже набрана, «мускулолетчику» достаточно 0,3 л.с. Такую нагрузку многие способны выдерживать более часа.

Однако эти оценки не учитывают веса машины и наличия сил трения в механизме. И одним из основных факторов, тормозящих развитие мускулолетов в то время, было отсутствие легких и прочных материалов. Только в послевоенный период в связи с появлением легких и прочных синтетических полимеров это препятствие было устранено.

Модели и рекорды

Gossamer Albatross Пола Маккриди, покорившая Ла-Манш, — уникальная машина. Ее вес составляет всего лишь 30 кг. Все прочие модели, число которых уже перевалило за две сотни, как минимум на 5 кг тяжелее. Уникально решена и аэродинамика мускулолета — «хвостовое» оперение у него находится впереди. Конструкторы остальных моделей используют классическую самолетную схему.

В основном вся воздушная армада мускулолетов будто бы сошла с одного конвейера. И это при том, что мускулолеты самолетного типа делают в целом ряде стран: в Австралии, Новой Зеландии, Греции, Германии, Австрии, Великобритании, США, Канаде, Сингапуре, Южной Африке, Японии. Их технические параметры также расположены в весьма узком коридоре.

Размах крыльев — 28–34 м. Площадь крыла — 38–44 кв.м. Крылья, изготовленные из легких материалов и имеющие тончайшее покрытие, весьма хрупки и гибки. В связи с этим при взлете и приземлении мускулолета помощники пилота придерживают крылья, чтобы они не касались земли. За счет использования дорогих современных материалов вес мускулолетов не превышает 45 кг.

Тянущий, то есть расположенный впереди винт имеет диаметр от 1,5 до 2 м. Пилот в режиме равномерного полета вращает педали с частотой 90 об/мин. Через цепную передачу вращение передается на винт, частота вращения которого 160–180 об/мин. Потери энергии при передаче не превышают 5%. Скорость полета при отсутствии ветра 20–45 км/ч. Пилот находится внутри полностью закрытой кабины, что позволяет снизить сопротивление воздуха.

  
Студенты с факультета машиностроения университета штата Британская Колумбия в Канаде в свободное время пытаются работают над мускулолетами. Они считают, что исследования в области использования мускульной энергии в авиации дают им опыт, который невозможно приобрести на занятиях в университете. Фото: The Thunderbird Project

С наступлением мускулолетного бума, когда дорогостоящие модели начали печь, как блины, рекорды дальности, скорости и продолжительности полетов потекли, как из рога изобилия. В связи с чем Британское Королевское общество аэронавтики быстро опустошило фонд Генри Кремера. Остался лишь один приз, который достанется тому, кто за час пролетит девяносто километров. Этот приз, который в конце концов кто-нибудь получит, носит имя инженера Пола Маккриди, автора легендарного «Альбатроса».

Рекорд дальности полета в 1988 году на машине Daedalus-88, спроектированной студентами и выпускниками Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology), установил грек Канеллос Канеллопулос (Kanellos Kanellopoulos). По маршруту Дедала — с острова Крит на материк — он пролетел за 3 ч. 54 мин. 59 с., преодолев 115 км 110 м. Годом раньше американец Глен Треммл (Glenn Tremml) на машине Light Eagle совершил пролет по замкнутой окружности длиной 58 км 660 м. В том же году на том же самом мускулолете его соотечественница Луиза Маккалин (Lois McCallin), первая женщина-пилот, преодолела 15 км за 37 мин.

Сейчас мускулолетчики уже не столько борются за рекорды, (хотя, конечно, не без этого), сколько соревнуются друг с другом. Ежегодно на всех материках, за исключением Антарктиды, проводятся национальные открытые чемпионаты, в которых принимают участие десятки современных машин. Это очень зрелищные мероприятия, вызывающие пристальное внимание телевизионщиков.

Затянувшееся ожидание

Существует еще два исторических типа мускулолетов — «Леонардовский» и «Дедаловский». Особенность обоих в том, что они практически не летают.

Энтузиасты Леонардо да Винчи — это, как правило, студенты с пылающими очами, жаждущие претворить в жизнь проект первого геликоптера. Дополнительно их стимулирует Американское вертолетное общество (American Helicopter Society), учредившее в 1980 году премию имени Игоря Сикорского в размере 20 тысяч долларов, которую вручат создателям такого вертолета, который сможет совершить полет длительностью в одну минуту на высоте 3 м. Прошло уже более четверти века, но приз, как говорится, и ныне там — в сейфе American Helicopter Society.

  
С 1981 по 1989 год энтузиасты из Калифорнии построили серию геликоптеров на основе чертежей Леонардо да Винчи. Da Vinci III Project
Предпринималось множество попыток завоевать престижную награду. Но лишь две винтокрылые машины были способны оторваться от земли. В 1989 году мускулолет вертолетного типа с фамильярным именем Da Vinci III, сделанный студентами Калтеха (California Institute of Technology), продержался в нескольких сантиметрах от земли всего лишь семь секунд. В 1994 году японская машина YURI 1 установила ныне действующий мировой рекорд, который равен 19,46 секундам. YURI 1 была разработана в техническом колледже университета Nihon.

Если на Западе геликоптеры строят студенты, то у нас это прерогатива самородков. «Вокруг Света» уже писал о донском пенсионере, который конструирует аэроплан на конской тяге. А вот Альберт Попов из Кривого Рога сделал ранцевый вертолет с двумя винтами, весящий лишь 8 кг. Он позволяет приподниматься над землей на 40 см и зависать на полторы секунды. Правда, не вполне понятно, чем такой «полет» отличается от обычных подпрыгиваний.

Создателям мускулолетов вертолетного типа приходится решать множество проблем, которые отсутствуют при конструировании мускулолетов самолетного типа. Самолету, разгоняющемуся на старте, помогает подняться в воздух крыло солидных размеров. В мускульных вертолетах, не имеющих крыльев, стартовый разбег малоэффективен. Использующийся винт, диаметр которого колеблется в различных моделях от 4 до 10 м, испытывает серьезные динамические нагрузки, и его необходимо делать из прочного материала. А это утяжеляет конструкцию и создает большой момент импульса, который приходится компенсировать вторым винтом, вращающимся в противоположную сторону. Отчего вес машины еще более возрастает, а аэродинамические свойства ухудшаются.

Однако все эти объективные трудности боевой пыл «леонардовцев» не охлаждают. После очередной неудачи они повторяют, словно заклинание, высказывание великого Жуковского: тот движитель, который отбрасывает большие массы воздуха с малой скоростью, эффективней, чем который отбрасывает малые массы воздуха, но с большой скоростью. И продолжают самозабвенно отбрасывать ну очень большие массы воздуха с ну очень малой скоростью.

  
Модель мускулолета Karura, в которой человек не крутит педали, а осуществляет движения, как при гребле. 

Что же касается «дедаловцев», то их упорство в создании работоспособного махолета на мускульной тяге мало чем отличается от целеустремленности изобретателей вечного двигателя. О серьезности их намерений осчастливить не только людей, но и гуманоидов свидетельствует, например, такое программное заявление группы энтузиастов махолетостроения: «Развитие машущего крыла позволит обеспечить энергией народное хозяйство на Земле и других планетах, где есть атмосфера».

Серьезные люди, вооружившись математическим аппаратом и учитывая фундаментальные физические законы, посчитали, что для поднятия в воздух махолета с человеком на борту необходимо махать крылом площадью 12–16 кв. м. с частотой 1 Гц. Для этого тех двух с половиной лошадиных сил, о которых речь шла выше, определенно не хватит. Поэтому серьезные люди пытаются строить махолеты с двигателями. Но и в этом случае летают лишь небольшие модели. Ни один пилотируемый махолет с двигателем ни разу самостоятельно не поднялся в воздух.

Люди, которые хотят облегчить жизнь обитателей планет, имеющих атмосферу, пытаются подняться в воздух, вращая педали руками и ногами, совершая сложные телодвижения из арсенала брейк-дансеров. Увлеченно копируют крылья стрекоз, мух, майских жуков, селезней и журавлей… Следует признать, что эти усилия не столь уж и бесперспективны. Попав на другую планету с меньшей силой гравитации, эти энтузиасты, кажущиеся нам безумцами, очень может быть начнут парить в небе, аки соколы.

Читайте также в журнале «Вокруг Света»:

 

Владимир Тучков, 13.06.2007

 

Новости партнёров