История авиации

Первые полёты

Мечта человечества о полёте, возможно, впервые была реализована в Китае, где полёт человека, привязанного (в виде наказания) к бумажным змеям  был описан в VI веке н. э. Позднее  первый управляемый полёт на дельтаплане  совершил Аббас ибн Фарнас в Аль-Андалусе в IX веке н. э. У Леонардо да Винчи (XV в.) мечта о полёте нашла выражение в нескольких проектах, но он не пытался их реализовывать. Первые серьёзные попытки полёта человека были реализованы в Европе в конце XVIII века.

Привязанные воздушные шары, заполненные  горячим воздухом, были усовершенствованы  в первой половине XIX века и применялись  в значительных масштабах в ряде войн середины столетия; наибольшую известность  получило их применение во время Гражданской  войны в США, когда воздушные  шары использовались для наблюдения во время сражения у Питтерсберга.

Мечта о полёте встречается в  мифах разных народов мира (например, о Дедале и Икаре в греческой  мифологии, или о Пушпака Вимана в Рамаяне). Первые попытки полёта также часто связаны с идеей подражать птицам, как в мифе о Дедале его крылья из перьев и воска. Попытки строить крылья и спрыгивать из высоких башен продолжались даже в семнадцатом веке,и "авиаторы" получали травмы или разбивались.

Древняя Греция

Около 400 до н. э. Архит Тарентский, древнегреческий философ, математик, астроном, государственный деятель и стратег, возможно, разработал первый летательный аппарат, представляющий собой модель птицы, и, как утверждают источники, пролетел около 200 метров. Эта машина, которую изобретатель назвал Голубем (греч. Περιστέρα, Peristera), вероятно, подвешивалась на тросе или на стержне во время полёта.

Воздушные шары

Летающий фонарик (прототип аэростатов с оболочкой, наполненной горячим  воздухом) был известен в Китае  с древнейших времён. Его изобретение  приписывается генералу Чжугэ Ляну (180—234 н. э., почётный титул Кунмин), который, как сообщают источники, использовал их, чтобы вселять страх во вражеские войска:

Масляная лампа была установлена  под большим бумажным мешком, который  поднимался с горячим воздухом от лампы. … Враги были охвачены страхом из-за света в воздухе, думая, что божественная сила помогала ему. [

Парашюты и  планёры в Испании Омейядов и в Англии

 Минарет Большой Мечети в  Кордове. В 852 Ибн Фирнас сообщил о том, что спрыгнул с этой мечети с аппаратом, похожим на парашют и приземлился, получив незначительные травмы.

В мусульманской Испании во время  правления Омейядов в Кордовском халифате зарегистрировано несколько попыток полёта арабского учёного и изобретателя Аббаса ибн Фарнаса (его латинизированное имя — «Армен Фирман», это обстоятельство приводят к спорам, принадлежат они одному и тому же или двум разным людям[7]), пользовавшегося покровительством эмира Абд ар-Рахмана II. В 852 он сделал крылья из ткани, натянутой на деревянные распорки. С этим похожим на зонтик аппаратом Аббас ибн Фарнас спрыгнул из минарета Великой Мечети в Кордове — в то время как он не смог лететь, его аппарат замедлил его падение, и он упал, получив незначительные травмы. Его устройство, как полагают, явилось прообразом современного парашюта.

Европейское Возрождение

Спустя пять столетий после ибн  Фирнаса Леонардо да Винчи нарисовал чертёж дельтаплана, в котором внутренние части крыльев были зафиксированы, а некоторые поверхности управления смещены к концам (также как при планировании у птиц). В то время как его проекты существуют в чертежах и считаются пригодными к полёту в принципе, он непосредственно никогда не летал на своих аппаратах. По его чертежам, и из материалов, доступных в то время, в конце XX века был построен аппарат, который мог летать[11]. Однако, его схематичный проект реализовывался с учётом современных знаний о аэродинамических принципах, и полетел бы построенный самим Леонардо аппарат, неизвестно. Модель, которую он строил для испытательного полёта в 1496, не летала, а некоторые другие проекты, такие как прообраз вертолёта с четырьмя людьми на борту, имеют серьёзные недостатки.

В 1670 Франческо де Лана-Терци издал работу, которая предлагала технологию полёта на аппарате легче воздуха из сфер, в которых был создан вакуум, и который будет настолько легче,

Планеры

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. Важные факторы, влияющие на прогресс в самолётостроении:

Управление: Первоначально планёры управлялись путём движений телом (Отто Лилиенталь) или перекосом крыла (братья Райт).

Мощность: Авиационные двигатели становятся всё более лёгкими и эффективными, от паровых двигателей Клемента Адера до поршневых, реактивных и ракетных двигателей.

Материал: 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.

Легче воздуха

Первый общеизвестный полёт  человека был совершён в Париже в 1783. 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.

Запуск воздушных шаров-зондов стал популярным развлечением в Европе в конце XVIII века, таким образом человек начал покорять высоту и атмосферу.

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, когда француз Жиффар пролетел 24 км.

Неуправляемые воздушные шары применялись  во время Гражданской войны в  США армией Союза.

Следующий технологический прорыв был совершён в 1884, 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.

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.

К лучшему пониманию

Первой печатной публикацией об авиации были «Эскизы машины для  полёта по воздуху» Эммануила Сведенборга, изданные в 1716. Эта 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. Сведенборг знал, что  эта машина не будет лететь, но рассматривал её как отправную точку и был  уверен, что проблема будет решена. Он говорил:

кажется, что легче говорить о  такой машине, чем создать её в  действительности, поскольку она  требует большей силы и меньше веса, чем есть в человеческом теле. Наука механика могла бы, возможно, предложить способ, а именно использовать сильную спиральную пружину. Если эти  преимущества и требования были бы достигнуты, возможно однажды найдётся тот, кто — то сможет понять, как лучше использовать наш эскиз и изыскать возможность сделать дополнения, которые позволят достигнуть того, что мы можем только предложить. Всё же в природе есть достаточно доказательств и примеров, когда такие полёты могут быть безопасными, тем не менее, когда настанет время первых испытаний, вам, вероятно, придется заплатить за этот опыт, но вы не сможете обойтись силой рук или ног.

Сведенборг показал в в своей работе, что наличие двигателя у летательного аппарата является важнейшим условием полёта.

В последние годы XVIII века сэр Джордж Кэйли провёл первое серьёзное изучение физики полёта. В 1799 он создал схему  планёра, которая, за исключением вертикальной проекции, полностью соответствовала современным, хвост его использовался для управления, а пилот находился ниже центра масс для обеспечения стабилизации полёта; эта модель совершила полёт в 1804. 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, а в 1853 был совершён уже пилотируемый короткий полёт в Бромптоне, недалеко от Скарборо в Йоркшире.

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

 В 1866 польский крестьянин, скульптор  и плотник по имени Ян Внек построил и летал на управляемом планёре. Внек был неграмотным самоучкой и мог рассчитывать только на свои познания о природе, основанные 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. [13] 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 по 1869, 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. Недавно профессор Тадеуш Северин, директор Краковского Музея Этнографии [14], обнаружил церковные записи с описанием деятельности Яна Внека.

В 1868 француз Жан-Мари Ле Бри совершил первый полёт, при котором поднялся выше точки старта, на своём планёре L’Albatros artificiel с помощью конной тяги на берегу. Ле Бри по сообщениям достиг высоты 100 метров, преодолев расстояние 200 метров.

В 1874 Феликс дю Тампль в Бресте (Франция) построил Моноплан, большой самолёт из алюминия, с размахом крыла 13 метров и весом 80 кг (без пилота). Было произведено несколько испытаний, стартовал планёр с трамплина, полёт продолжался короткое время и благополучно возвратился.

1880-е годы стали периодом интенсивного изучения, для этого времени были характерны исследования «учёных джентльменов», которые вносили наибольший 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. Только много лет спустя информация о его полёте стала общеизвестна.[] Дельтаплан Вильгельма Кресса был построен в 1877 недалеко от Вены.

Немец Отто Лилиенталь повторил опыты Венхэма и значительно развил его в 1874, издав его исследования в 1889 г. Он также сконструировал ряд лучших по своему времени планеров, и в 1891 уже мог совершать полёты на 25 метров или более. Он строго документировал свою работу, включая фотографии, и по этой причине он считается одним из самых известных ранних пионеров авиации. Он также продвигал концепцию «подпрыгнуть прежде, чем полететь», которая заключалась в том, что изобретатели должны начать с планёров и суметь их поднять в воздух, вместо того, чтобы просто разрабатывать машину с двигателем на бумаге и надеяться, что она будет работать. Его тип летательного аппарата сегодня известен как ручной планер.

 Ко времени его смерти  в 1896 он совершил 2500 полётов на  разных аппаратах, когда порыв  ветра сломал крыло его последнего  планера, в результате чего  Лилиенталь упал с высоты около 17 м, получив перелом позвоночника. Он умер на следующий день, его последними словами были: «жертвы должны быть принесены». Перед самой смертью Лилиенталь работал над небольшими двигателями, которые было бы возможно установить на его аппараты.

Продолжив дело Лилиенталя, Октав Шанют рано вышел в отставку, и финансировал строительство нескольких планёров. Летом 1896 его несколько его аппаратов совершили серию полётов на Миллер Бич, Индиана, и в конечном счёте он сделал вывод, что наиболее удачной конструкцией был биплан. Также как и Лилиенталь, он документировал всю свою работу и фотографировал её результаты, кроме того, он вёл переписку со многими энтузиастами авиации со всего мира. Шанют особо интересовался решением проблемы естественной стабильности летательного аппарата в полёте, то, что птицы исправляли инстинктивно, но то, что люди должны будут делать вручную. Основной проблемой была продольная стабильность, потому что, поскольку угол атаки крыла увеличился, центр давления смещался вперёд и увеличивал угол атаки ещё больше. Без немедленного исправления аппарат неизбежно сваливался.