История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Хотя желание человека летать имеет многовековую историю, его первый полет на воздушном шаре состоялся во второй половине XVIII века. Братья Монгольфье построили шар из холста и наполнили его горячим воздухом от горящей соломы. Человеком, впервые поднявшимся в воздух на шаре братьев Монгольфье, стал Пилатр де Розье. Это было 21 ноября 1783 года. Он вместе с другом поднялся в воздух на 500 футов, пролетел 5 миль и плавно опустился на землю. Полет длился 25 минут. В том же году другой француз, Жак Александр Сезар Шарль (1746–1823), тоже с другом, поднялся в воздух на шаре конструкции Шарля. Он открыл названный его именем закон: при постоянном объеме давление идеального газа прямо пропорционально его абсолютной температуре, и впервые использовал для заполнения шара новый газ – водород. Водород был открыт Кавендишем в 1766 году, но свое название получил в 1783 году от Лавуазье. Полеты на воздушных шарах очень скоро стали популярным, хотя и довольно опасным спортом.

Аэростаты имеют занимательную историю, которая ведет отсчет с 1784 года, когда братья Роберт сделали попытку управлять наполненным водородом шаром с помощью легких весел, покрытых шелком. Впоследствии многие другие изобретатели старались усовершенствовать управление воздушным шаром, но только французу Анри Жиффару (1825–1882) в 1852 году удалось построить первый надежный управляемый аэростат. В течение полувека развитие аэростатов шло в основном во Франции, а в 1900 году немец Фердинанд фон Цеппелин (1838–1817) построил дирижабль. Хотя воздушные шары и дирижабли широко использовались в связи с военными операциями, они оказались непригодными в коммерческом отношении. Эволюция воздушных шаров и дирижаблей имела незначительное влияние – если вообще его имела – на ранние аэропланы. Интересно, что из всех ранних изобретателей аэроплана только бразилец Альберто Сантос-Дюмон (1873–1932) имел опыт обращения с аппаратами легче воздуха.

История авиации – это, в сущности, история инженерных решений двух проблем – движущей силы и аэродинамики. Николаус Отто изобрел четырехтактный двигатель внутреннего сгорания в 1876 году, а десятью годами позже Отто Лилиенталь (1848–1896) начал эксперименты с планерами, стремясь расширить свои знания теории парения. Две группы экспериментаторов, работавшие после этих немцев, действовали независимо друг от друга, но их общие усилия, так же как и усилия многих других изобретателей, в конечном счете сделали возможным изобретение аэроплана американцами – братьями Райт.

Лилиенталь был опытным, технически грамотным инженером. Он начал опыты с планерами еще в детстве. Но его первые полеты на планерах датируются 1886 годом, когда ему было уже тридцать восемь лет. Опубликованные результаты его экспериментов, связанных с тестированием подъемной силы кривых поверхностей, имели большое влияние на создание летательных аппаратов тяжелее воздуха. Он погиб во время одного из полетов – несчастный случай был вызван трудностями поддержания продольной стабильности. Октав Шанют (1832–1910), родившийся во Франции американский инженер, пошел по стопам Лилиенталя и в 1896 году начал в США эксперименты с планерами. Он использовал самые разные дизайны с разным количеством крыльев, доведя их число до пяти, и наконец остановился на «двухпалубнике» – биплане. Впоследствии Шанют стал другом и советником братьев Райт.

С 1896 года профессор Сэмюэл Пирпонт Лэнгли (1834–1906) из Смитсоновского института проводил эксперименты с моделями аэропланов с размахом крыльев 13 или 14 футов. Некоторые из этих моделей приводились в движение маленькими паровыми двигателями. В конце концов, в 1903 году он построил полноразмерный аэроплан, рассчитанный на одного человека, и снабдил его оригинальным газолиновым двигателем, сконструированным Чарльзом Мэтью Мэнли, механиком, выпускником университета Корнуолла. Двигатель Мэнли был пятицилиндровым звездообразным газолиновым двигателем с водяным охлаждением мощностью 52 лошадиные силы. Он весил без дополнительного оборудования всего 125 фунтов (2,5 фунта на лошадиную силу). К сожалению, самолет Лэнгли дважды потерпел крушение еще во время запуска с крыши плавучего дома на Потомаке, едва не утопив Мэнли. И Лэнгли наотрез отказался продолжать эксперименты. Его самолет был восстановлен и экспонируется в Смитсоновском институте. Отметим, что, поскольку человек всегда стремился в небо, сотни людей шли по стопам Лилиенталя, Шанюта и Лэнгли, запуская воздушных змеев, планеры, всевозможные модели самолетов. Но главное, эти три изобретателя заложили основы для успеха братьев Райт.

Рис. 12.16. Орвилл Райт у аэроплана, 1903 г.