Первые люди над землей

Американские механики-самоучки Уилбер (1867–1912) и Орвилл (1871–1948) Райты (Orville & Wilbur Wright) заинтересовались авиацией в последние годы позапрошлого (девятнадцатого) века. Это было время стремительного технического прогресса. Однако до осуществления одной из самых дерзновенных идей человека — построить машину для полета по воздуху — было, как казалось тогда, ещё очень далеко. Неудачей закончились испытания самолетов с паровыми двигателями, построенных Александром Фёдоровичем Можайским (1825–1890) в России , Клементом Адером (Clément Agnès Ader, 1841–1925) во Франции , Хайрамом Максимом (Sir Hiram Stevens Maxim, 1840–1916) в Англии . Трагическими оказались эксперименты первых планеристов: в 1896 г. в Германии разбился насмерть во время полета на самодельном планере Отто Лилиенталь (Otto Lilienthal, 1848–1896), три года спустя та же судьба постигла его английского последователя Перси Пильчера (Percy Sinclair Pilcher, 1866–1899)…

К счастью, прогресс основан на том, что отдельные неудачи не могут окончательно остановить развитие перспективной идеи и, в конце концов, она побеждает. Именно гибель Отто Лилиенталя (точнее, сообщения об этом событии в прессе) зародила в братьях Райт интерес к авиации. Первое время Уилбер и Орвилл Райты, жившие в небольшом городе Дейтоне, штат Огайо, и работавшие механиками в собственной велосипедной мастерской, просто читали об авиации все, что им удавалось достать. А потом подолгу обсуждали, какой должна быть будущая «летательная машина» и как избежать ошибок их предшественников.

Наконец, в 1900 году братья Райт занялись конструированием летательных аппаратов. Тогда их замыслы не распространялись далее планерных полетов. Крыло своего будущего планера они решили сделать по образцу американского планера-биплана Октава Шанюта (Octave Chanute, 1832–1910), но на этом сходство между аппаратами заканчивалось. Планер братьев Райт не имел хвостового оперения, пилот располагался лежа на нижнем крыле, принципиально иным был метод управления.

Выступая в 1901 году на заседании Западного общества инженеров в Чикаго, Уилбер Райт так объяснял эти нововведения: «После долгих размышлений мы в конце концов пришли к выводу, что хвостовое оперение скорее является источником неприятностей, нежели помогает, и решили поэтому совсем отказаться от его применения. Логично предположить, что при горизонтальном — а не вертикальном, как на аппаратах Лилиенталя, Пильчера и Шанюта — расположении планериста во время полета аэродинамическое сопротивление было бы заметно меньше… Кроме того, используемый Лилиенталем метод управления, который заключался в перемещении тела летчика, казался нам недостаточно быстрым и эффективным; поэтому после длительных обсуждений мы придумали комбинацию, состоящую из двух больших поверхностей, как на планере Шанюта, и меньшей поверхности, размещенной на небольшом расстоянии впереди в таком положении, что действие ветра на нее будет компенсировать влияние перемещения центра давления основных поверхностей».

Однако важнейшим новшеством в конструкции летательного аппарата, о котором Уилбер не упомянул в докладе, была система поперечного управления за счет перекашивания крыла. Увеличение угла атаки на одном конце крыла и одновременное его уменьшение на другом создавало момент сил, необходимый для выравнивания кренов и для маневрирования в полете. Это был прообраз элеронов — стандартного органа управления современных самолетов. Этот способ управления планером братья Райт «подсмотрели» у птиц.

Свой первый планер братья Райт построили летом 1900 года и уже осенью провели испытания. Для этого они выбрали уединенное местечко Китти-Хок на побережье Атлантического океана. Мягкая песчаная почва и постоянно дующие ветры делали его очень удобным для полетов. Аппарат 22 кг массой, с размахом крыла чуть более пяти метров и с человеком на борту должен был запускаться на привязи, как воздушный змей. Благодаря такому методу испытаний братья Райт надеялись получить хорошую практику в управлении, не подвергая себя большой опасности.

Однако этим планам не дано было осуществиться. Подъемная сила крыла оказалась значительно меньше, чем ожидалось, и силы ветра было недостаточно, чтобы поднять человека в воздух. Поэтому аппарат испытывался почти всегда без человека, управляемый с земли. Непродолжительные полеты с человеком удавались только при планирующих спусках с возвышенностей после предварительного разбега навстречу ветру. Так как пилот лежал на крыле и поэтому не мог участвовать в разбеге, планер разгоняли до скорости взлета два ассистента, поддерживающие аппарат за крыло.

К следующему лету Райты построили новый планер, бóльших размеров. Система управления осталась такой же, только перекашивание крыла достигалось теперь не отклонением ручки, а перемещением вбок деревянной рамки, управляемой движением бедер лежавшего на крыле человека.

Испытания нового планера начались в Китти-Хок в июле 1901 года. Поочередно пилотируя планер, братья Райт выполнили несколько сотен полетов. Максимальная дальность планирования составила 118 м. Однако изобретатели считали, что они ещё далеки от окончательного успеха.

Первый по-настоящему удачный планер был создан братьями ещё через год. Его постройке предшествовали исследования профиля и формы крыла в сконструированной ими же аэродинамической трубе. Это позволило сделать ряд усовершенствований, повысивших аэродинамическое совершенство летательного аппарата. Важнейшим из них было применение крыла большего размаха, а также изменение профиля крыла. Большое значение имело и усовершенствование системы бокового управления. Убедившись в невозможности контролировать направление полета только с помощью перекашивания крыла, Райты установили на новом планере за крылом вертикальное оперение. Оно было связано с системой перекашивания крыла так, что автоматически поворачивалось в нужную сторону. Благодаря этому компенсировалась разница в сопротивлении опущенного и поднятого крыла и появилась возможность совершать правильные развороты с креном.

На этом планере Райты в 1902 году выполнили около тысячи полетов. Общее время нахождения в воздухе составило 4 часа. Лучший полет имел дальность 190 м и продолжался 22 секунды. В следующем году рекордная продолжительность полета была увеличена до 70 секунд. Несмотря на большие размеры (размах крыла 10 м, площадь 30,5 м^2), планер надежно управлялся даже при сильном ветре.

И тогда они задумались о самолете… Это решение наложило заметный отпечаток на характер деятельности изобретателей. Если вначале Райты относились к полетам на планерах как к спорту и регулярно знакомили всех желающих со своими достижениями, то, начав работу над самолетом, они постарались засекретить сведения о его конструкции, понимая, что первенство в решении проблемы полета принесет им известность и состояние. По этой причине они уклонились от обсуждения деталей своей конструкторской деятельности с американским ученым и изобретателем Сэмюэлем Ленгли (Samuel Pierpont Langley, 1834–1906), также занимавшимся строительством самолета, отказали в визите в Китти-Хок французскому планеристу Фериднанду Ферберу (Ferdinand Ferber).

Двигатель и пропеллеры для самолета были изготовлены в Дейтоне в течение зимы и лета 1903 году. Сделанный специально на заказ четырехцилиндровый бензиновый двигатель водяного охлаждения мощностью 12 л. с. представлял собой облегченный вариант обычного автомобильного двигателя и весил 90 кг.

Самолет был сконструирован по образцу планера 1902 года, но в связи с возросшим весом аппарата размеры крыла увеличили. Увеличена была и площадь органов управления — одинарные поверхности рулей заменили сдвоенными. Под крылом установили полозья для посадки на песчаную почву.

Окончательная сборка биплана с двумя толкающими пропеллерами, вращающимися в противоположных направлениях, производилась осенью 1903 года, после прибытия к месту испытаний, в Китти-Хок. Двигатель находился на нижнем крыле, сбоку от летчика. Как на аппаратах прежних лет, человек размещался в полете лежа и управлял перекашиванием крыла боковым движением бедер. Впереди имелись две рукоятки, одна — для управления рулем высоты, вторая — для включения и выключения двигателя. Взлетный вес равнялся 340 кг, площадь крыла — 47,4 м² , размах — 12,3 м, длина самолета — 6,4 м, диаметр пропеллеров — 2,6 м.

Из-за большого веса самолета Райты были вынуждены отказаться от прежнего метода старта, когда добровольные помощники из числа местных жителей помогали аппарату взлететь, поддерживая его за крыло. Кроме того, этот метод мог вызвать сомнения, был ли полет осуществлен только за счет мощности двигателя. Поэтому решили, что самолет будет взлетать без какой-либо помощи со стороны. Предполагалось, что разбег будет идти по деревянному рельсу длиной 18 м, верхняя поверхность которого обшита железом. Самолет мог катиться по рельсу на маленькой тележке, отделяющейся после взлета. Для уменьшения длины разбега старт должен был производиться строго против ветра.

Первые летные испытания «Флаера» , как назвали свой самолет братья Райт, прошли 14 декабря. Ветер был слабый, и, чтобы укоротить разбег, рельс расположили на склоне песчаного холма под углом 9°. После 16-метровой пробежки под уклон с работающим двигателем самолет поднялся в воздух, но через несколько мгновений резко задрал нос и упал на крыло с высоты около 5 м на мягкий песок. Повреждения конструкции были невелики, пилот — Уилбер Райт — не пострадал. Самолет находился в воздухе всего 3,5 секунды. Авария была вызвана слишком резким отклонением руля высоты (как вскоре выяснилось, он был неправильно сбалансирован).

17 декабря состоялись повторные испытания самолета. В этот день дул достаточно сильный ветер, и взлет производился с горизонтально лежащего рельса. Вот выдержка из дневника Орвилла Райта с описанием полетов: «После прогрева двигателя в течение нескольких минут, чтобы добиться его устойчивой работы, в 10.35 я начал первое испытание. Ветер, по данным нашего анемометра, дул в это время со скоростью немного более 20 миль — 27 миль в соответствии с показаниями правительственного анемометра в Китти-Хок. Освободившись от троса [им самолет с работающим двигателем удерживался на месте], машина устремилась вперед с увеличивавшейся скоростью, достигшей примерно 7 или 8 миль. Аппарат отделился от тележки, как только достиг рельса [рельс состоял из четырех частей по 4,5 м]. М-р Даниэльс [служащий расположенной по близости водной спасательной станции] сделал фотоснимок сразу после отрыва машины от земли. Я обнаружил, что управлять передним рулем очень трудно из-за того, что он был сбалансирован слишком близко к центру и в связи с этим имел тенденцию самопроизвольно поворачиваться во время взлета и отклонялся слишком сильно в одну или другую сторону».

В течение того же дня Райты еще трижды поднимали машину в воздух. Самым удачным был последний, четвертый полет: самолет пролетел 852 фута за 59 секунд.

Когда братья сделали перерыв для отдыха, сильный порыв ветра подхватил аппарат и опрокинул его. Было сломано крыло, сильно повреждена трансмиссия. Из-за непогоды братья Райт не стали восстанавливать самолет и вернулись в Дейтон.

Испытания 17 декабря 1903 года были первыми в истории авиации полетами самолета. Правда, ранее на самолетах Адера во Франции , Максима в Англии и Ято (Karl Jatho, 1873–1933) в Германии удавалось выполнять короткие «подлеты», но это были лишь неуправляемые прыжки по воздуху на несколько десятков метров, заканчивавшиеся авариями. «Флаер» братьев Райт в течение одного дня несколько раз поднимался в воздух, управлялся в полете.

Успех, достигнутый братьями Райт, был обусловлен верным подходом к проектированию самолета. «Проще прибавить двигатель к хорошо изученной скользящей летательной машине [планеру], нежели сесть на машину, которая никогда не летала с человеком», — писал в 1898 году Николай Егорович Жуковский. Этого же принципа придерживались братья Райт. Последовательно и методично совершенствовали они свой летательный аппарат, переходя от воздушного змея к планеру, от планера — к самолету. При этом они удачно сочетали в себе качества ученых-исследователей, инженеров-проектировщиков, механиков и летчиков-испытателей.

В течение нескольких лет братья Райт продолжали совершенствовать свой самолет. Они установили более мощный двигатель, применили независимое управление рулем направления и перекашиванием крыла, заменили лежачее положение пилота на более удобное сидячее. В 1908 году Уилбер Райт с триумфом продемонстрировал усовершенствованный вариант «Флаера» во Франции. Европейские пионеры авиации были поражены летными свойствами и маневренностью самолета. Именно с этого времени система поперечного управления получила повсеместное распространение.

К началу 1910-х годов на смену самолету братьев Райт пришли новые самолеты других авиаконструкторов. Они имели обычное хвостовое оперение и были устойчивее и проще в пилотировании. В 1912 году старший из братье, Уилбер, скончался от тифа, а Орвилл, оставшись один, отошел от конструкторской деятельности. Он умер в 1948 году.

В США высоко ценят заслуги создателей первого успешного самолета. К 50-летию со времени первого полета были опубликованы письма, доклады и дневниковые записи братьев Райт, которые и послужили основным источником при подготовке данной статьи. На месте испытаний летательных аппаратов в Китти-Хок открыт мемориал братьев Райт и создан музей, где демонстрируются копии их первых планеров. Бережно отреставрированный самолет 1903 году занимает почетное место в экспозиции Национального аэрокосмического музея в Вашингтоне.