Планер - преемник воздушного змея

Рождение практического планеризма

Эксперименты с летающим крылом Отто Лилиенталь начал после многочасовых наблюдений за полетами птиц. Исследуя аэродинамику птичьих крыльев, немец пришел к выводу, что и у планера крылья в поперечном сечении должны иметь вогнутость, обращенную вниз. Скелет крыла изготавливался из ивовых прутьев, которые затем обтягивались полотном.

В отличие от предшественников Лилиенталь не кидался с первым же сконструированным крылом с высоченного обрыва. В начальных опытах он просто стоял с крыльями на ветру и старался прочувствовать все аэродинамические силы и проверить прочность конструкции. Затем экспериментатор прыгал с крыльями с небольшого помоста у себя в саду. А к полетам с возвышенностей высотой 5–6 м он приступил лишь два года спустя. Все это время он совершенствовал свою конструкцию и приобретал навык управления планером. Так, например, Лилиенталь уменьшил размеры крыла (размах крыла не был больше 6–7 м) и добавил к нему вертикальное и горизонтальное оперение, так как без него первые летательные аппараты были в полете недостаточно устойчивы.

По сравнению с современными аппараты немца, естественно, были несовершенны. Но надо отдать ему должное в разработке методики освоения неба на планерах. Последователи Лилиенталя учились на его ошибках, использовали его находки, например управление аппаратом при помощи балансирования весом, что позволило создавать нужные повороты относительно трех осей.

Вообще с 1891 по 1896 г. Лилиенталь построил пять планеров-монопланов и два планера-биплана. В 1891 г. немецкий инженер на своем планере последней конструкции начал совершать полеты до 20 м длиной. Конструктор не прыгал с обрыва и не пользовался буксиром. Он разбегался под уклон навстречу ветру. Во время полета инженер опирался руками на крылья, а управлял аппаратом с помощью ног.

Планер О. Лилиенталя

Немецкий экспериментатор, изучая приземление птиц, также разработал собственную методику мягкой посадки: он резко отклонял туловище назад, угол атаки крыла увеличивался, скорость падала и далее следовала почти парашютная посадка.

Для удобства транспортировки планера О. Лилиенталь предусмотрел возможность складывания крыльев подобно крыльям летучей мыши. Чтобы в полете развернутые крылья самопроизвольно не складывались, они фиксировались продольными нервюрами, которые, кстати, можно было менять по длине и таким образом изменять кривизну профиля. Для большей прочности крыло поддерживалось расчалками, соединенными с двумя вертикальными стойками на центроплане.

Отто Лилиенталь внес и некоторые новшества: горизонтальный стабилизатор был упруго подвешен и мог поворачиваться на некоторый угол вверх, преодолевая силу действия пружины под действием аэродинамических сил. Это позволяло быстро увеличить угол атаки крыла для торможения перед посадкой. Во время полета же стабилизатор всегда был расположен под отрицательным углом к крылу, что фиксировалось ограничителями.

На своем моноплане Лилиенталь осуществлял относительно длительные (по 20–30 с) и дальние (до 250 м) полеты. Кстати, сам изобретатель к середине 1896 г. уже имел за плечами колоссальный опыт планеризма: более двух тысяч полетов.

Полет О. Лилиенталя на собственном планере

Ироническое отношение к нему сменилось уважением. Лилиенталя посещают Н. Е. Жуковский, С. Ленгли, которые оценивают сделанное немецким конструктором как выдающиеся достижения в области аэронавтики. Жуковский был потрясен его идеями превратить планеризм в спорт, подобный велосипедному.

Когда Лилиенталь убедился в сравнительной безопасности полетов на планере собственной конструкции, он в 1894 г. решил приступить к производству летательных аппаратов для продажи. В качестве образца был взят планер № 11. Автор предусмотрел даже специальную скобу перед крылом для защиты пилота от удара в случае невыхода планера из пикирования. К сожалению, этой скобой сам немец пренебрег во время последнего в своей жизни полета — в 1896 г. он погиб, упав на планере с высоты около 15 м.

Было изготовлено 9 летательных аппаратов. Среди покупателей был и профессор Н. Е. Жуковский (аппарат сохранился до наших дней и экспонируется в Научно-мемориальном музее Н. Е. Жуковского в Москве). Как уже говорилось выше, Отто Лилиенталь конструировал и планеры-бипланы. К этой идее он пришел потому, что на своем моноплане он мог выполнять полеты при скорости ветра не более 5–6 м/с. При более сильном ветре возникали трудности в управлении аппаратом из-за ограниченных возможностей перемещения центра тяжести. Эти недостатки отсутствовали у бипланов.

В 1895 г. был построен первый опытный аппарат, конструктивно похожий на моноплан, но вместо одного крыла были сделаны два. Когда Лилиенталь опробовал его в полете, он записал:

«Управление таким двойным аппаратом сходно с управлением простыми поверхностями, поэтому я мог, не испытывая новых затруднений, воспользоваться раньше приобретенной опытностью. Большое влияние, оказываемое перемещением центра тяжести, и большая безопасность, с которой регулировалось благодаря этому положение снаряда, позволяли мне довериться ветру, достигавшему иногда 10 м скорости. Произведенные при такой скорости ветра опыты дали результаты гораздо интереснее всех полученных мною до того времени. Начиная с 6–7-метровой скорости ветра, я мог покинуть вершину моего холмика и плавно, почти горизонтально, реять в воздухе. При более значительных скоростях траектория полета часто обнаруживает склонность к повышению. В вершине траектории подобного рода аппарат остается довольно долго неподвижным, так что я могу разговаривать в то время, когда нахожусь в воздухе, с лицами, желающими меня сфотографировать…».

Биплан О. Лилиенталя

Однако скоро немецкий конструктор вернулся к полетам на своей первоначальной конструкции моноплана. По всей видимости, он отказался от биплана из-за его веса, громоздкости и не таких уж больших аэродинамических преимуществ перед монопланом.

Более того, существует мнение, что новый аппарат все же был более чувствителен к порывам ветра. В 1880 г. Отто Лилиенталь пришел к идее создания утолщенного центроплана с двухсторонней обшивкой крыла (на законцовках он оставлял тонкий профиль с односторонней обтяжкой). К осуществлению задуманного он приступил только в 1896 г., но закончить не успел.

Кроме Лилиенталя, проблемой конструирования аппаратов тяжелее воздуха занимались и в других странах мира. Среди них Г. Кох (его планер остался незавершенным) Л.-П. Муйяр, Л. Харгрейв. При сильном ветре непродолжительные полеты на своем планере с тандемным расположением крыльев совершал чешский механик Ф. Штапеник. В США в середине 90-х гг. XIX в. русский эмигрант В. П. Бутузов провел испытания своего планера, чем-то конструктивно напоминающего аппараты Ле Бри.

Следует отметить, что у Лилиенталя появилась целая когорта последователей в конструировании балансирных монопланеров. Среди них англичане Д. Фиццжеральд и А. Левентааль, немцы К. Ято и А. Вольфмюллер, американцы А. Херринг и В. Хирст и многие другие. В качестве прообраза нередко использовались планеры, купленные у Лилиенталя или построенные по фотографиям аппаратов знаменитого немца, появляющимся в печати.

Заметных успехов в создании летательных аппаратов добился англичанин П. Пильчер. Он смело усовершенствовал конструкции Лилиенталя. Например, первый его аппарат под названием «Бэт» имел более высокую поперечную устойчивость, однако перед порывами бокового ветра он был плох. Тогда конструктор решил ниже расположить центр тяжести в своем другом летательном аппарате «Битл» (летчик располагался практически под крылом), но и это не сделало планер удачным, к тому же он был тяжелым и весил 36 кг.

Неудачи не остановили англичанина, хотя следующая конструкция 1895–1896 гг. «Галл» с большей площадью крыла, чем у всех предыдущих, дважды терпела аварию. Все-таки прав оказался Лилиенталь, когда утверждал, что балансированное управление планеров будет надежным лишь на аппаратах небольших размеров. Но Пильчер добился-таки своего в четвертой конструкции, названной «Хоук».

Одна из удачных конструкций П. Пильчера

П. Пильчер, в отличие от Лилиенталя, предпочитал буксирный способ взлета планера, поэтому свою конструкцию, почти ничем не отличающуюся от монопланов немца, он снабдил парой колесных шасси с пружинной амортизацией. На «Хоуке» совершались полеты до 200 м (первые полеты не превышали 90 м). Планер отличался относительной маневренностью. На нем стало возможно даже совершать повороты по курсу при скольжении при крене, ибо вертикальное оперение было неподвижным.

В 1899 г. П. Пильчер сконструировал триплан, хотя к многоплоскостным аппаратам он относился с предубеждением, памятуя о не совсем удачных опытах Лилиенталя с бипланом. Подтолкнуло же его известие из Америки, где прошли успешные полеты планеров с несколькими несущими плоскостями. Но испытать в воздухе свою конструкцию англичанину не довелось: он погиб при полете на «Хоуке» во время дождя, упав с десятиметровой высоты: намокла обивка крыльев.

Триплан П. Пильчера

С гибелью П. Пильчера ушло в прошлое создание птице-подобных крыльев у планеров. На передний план вышли неподвижное прямоугольное очертание крыла, диагональная система расчалок, как при строительстве мостов, лонжероны, стойки и нервюры. Один из первых удачных подобных планеров построили в 1896 г. О. Шанют и А. Херринг. Их конструктивно-силовая схема крыла позже найдет широкое применение в мировом самолетостроении. Действительно, аппарат оказался прочным и легким (изготовлен из сосны и полотна). В его конструкции предусматривалось подвижное хвостовое оперение, состоящее из двух пересекающихся поверхностей шестиугольной формы на упругой подвеске. Оно конструировалось для гашения воздушных порывов и для полетов под углом к направлению ветра. Летчик располагался под крылом на специально устроенном сиденье, держась за вертикальные стойки и опираясь локтями на горизонтальные перекладины. Перемещая центр тяжести, планерист мог управлять аппаратом в воздухе.

Биплан Шанюта-Херринга

Только в 1896 г. на этом планере было совершено более тысячи полетов. Максимальное расстояние, которое на нем было преодолено, — 110 м. Позже Херринг будет работать над созданием триплана, научится управлять планером, используя восходящие потоки воздуха. И все же предложенная конструкция биплана с прямоугольными крыльями станет общепризнанной не только в планеризме, но и в самолетостроении.