Суббота, 6 Апрель 2013 0:03

В древнегреческом мифе об Икаре наиболее правдоподобно рассказывается о попытке покорить небо с помощью специально сооруженных крыльев. Чтобы покинуть остров Крит, гениальный мастер Дедал сделал для себя и сына Икара крылья, скрепив их воском. Он предостерегал сына не подниматься при полете с ними слишком высоко, ведь от жарких солнечных лучей воск, скрепляющий крылья, может расплавиться. Однако Икар, увлекшись полетом, забыл о наставлениях отца. Он стал подниматься все выше и оказался слишком близко к Солнцу. Горячие солнечные лучи растопили воск, Икар упал в море и утонул недалеко от острова Самос. Его тело, прибитое волнами к берегу, было похоронено на маленьком островке Доли-ха, который по имени Икара назвали Икария, а море в этой части получило название Икарийского моря.

Леонардо да Винчи (1452-1519) - гениальный итальянский художник, скульптор, ученый, изобретатель также как и Икар мечтал о полетах. Многие его идеи и изобретения значительно опередили время, в которое он жил. Мечтая о полетах в небо, Леонардо да Винчи изучал полет и планирование птиц, строение их крыльев, поэтому первым его проектом явился аппарат с движущимися крыльями, который был назван орнитоптером, или птицелетом. В одной из пробных моделей этого летательного аппарата крылья были, как у летучей мыши.

Для управления орнитоптером на человека, находящегося в лежачем положении, надевали специальный костюм, состоящий из хвостового оперенья и обруча на голове, соединенного с хвостовой частью. Для взмахов крыльями требовалось двигать руками и ногами, а для регулирования высоты полета - поднимать и опускать голову, тем самым поднимая и опуская хвостовую часть орнитоптера.

Еще одним вариантом орнитоптера, предложенным великим Леонардо, был аппарат в виде велосипеда. Вращая педалями колеса, человек через рычаги осуществлял взмахи крыльями.

Кроме того, Леонардо да Винчи выполнил чертеж и дал описание большого летательного аппарата с двумя парами машущих крыльев. В этом устройстве две пары крыльев двигались по очереди. Во время полета человек должен был стоять внутри огромной чаши диаметром 12 м. Размах крыльев составлял около 16 м, а высота конструкции должна была быть не менее 10 м. Для управления аппаратом, как и в предыдущем варианте, использовались движения рук, ног и даже головы пилота. Взмахи крыльев должны были повторять движения крыльев птицы. Весьма любопытно, что аппарат имел убираемое шасси.

В конце XV века изобретатель сделал чертеж еще одного орнитоптера с крыльями, состоящими из двух шарнирно соединенных частей. Предполагалось, что взмахи будут осуществляться внешними частями, площадь которых составляла около половины общей площади крыльев. Данная идея нашла практическое воплощение в последнем десятилетии XIX века в экспериментах О. Лилиенталя. Знаменитый немецкий пионер авиации О. Лилиенталь разработал планер, у которого подвижные концы крыльев приводились в движение от закрепленного на планере двигателя. Великий гений в свое время подошел очень близко к изобретению самолета - летательного аппарата с неподвижным крылом.

Горберт Джеймс Дрейпер. Плач по Икару

Наряду с описанными изобретениями Леонардо да Винчи построил еще один уникальный летательный аппарат - «воздушный винт» радиусом 4,8 м. Он должен был летать, ввинчиваясь в воздух. Такой вертикально летающий аппарат считается предшественником вертолета.

В рукописях Леонардо найден эскиз конструкции, которую можно назвать «парашютом». Он представляет собой колпак из материи, закрепленный на деревянных планках, выходящих из углов квадратной деревянной рамы. На свисающих веревках, прикрепленных к углам рамы, размещался человек.

Леонардо да Винчи был убежден, что "человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух".

Убежденный в своей правоте, он начал разрабатывать аппарат, приводимый в движение только силой мышц человека, и позволяющий ему парить в воздухе как птица. Существует множество рисунков такого "ornitotteri", придуманных Леонардо. Одни из них изображают лежащего человека, который собирается взлететь с помощью механизмов, присоединенных к крыльям; другие - движение вперед при помощи более совершенной системы винтов и шкива. Есть и рисунки человека, расположенного вертикально в летательном корабле, на педали которого он нажимал руками и ногами.

Чтобы сконструировать крылья "ornitotteri", Леонардо изучал анатомию птичьего крыла, учитывая функции и распределение его перьев. Наблюдая за полетом птицы, ученый заметил, что она по-разному машет крыльями, когда зависает в воздухе, летит вперед или приземляется. Его интересовали также перепончатые крылья летучих мышей. На основе этих наблюдений Леонардо сконструировал огромные крылья, предназначенные не только для поднятия человека в воздух, но и удержания его в полете, благодаря элеронам и шарнирам. Он собирался имитировать воздушную акробатику птиц, их способность беречь энергию в полете и точно приземляться. До конца XV столетия Леонардо был убежден, что сможет осуществить проект механического полета. Однако его беспокоило то обстоятельство, что возможности мышц человека ограничены. Поэтому он собирался вместо энергии мускулов использовать механизм лука, который обеспечивал бы движение вперед. Впрочем, лук не решал проблем автономности в полете, возникающих при быстром раскручивании пружины.

С 1503 по 1506 г. Леонардо был занят исследованиями в Тоскане. Атмосферные условия, наличие или отсутствие ветра, соответствующие метеорологические и аэродинамические явления заставили его отказаться от своей старой идеи об "инструменте", основанном на взмахе крыльев, и признать”полет без движения крыльев”.

Наблюдая, как большие птицы позволяют воздушным потокам подхватить и нести их в воздухе, Леонардо думал об оснащении человека большими составными крыльями, которые дадут ему возможность войти в подходящий воздушный поток при помощи несложных движений тела и не затратить много сил на это. Человек будет свободно парить, пока не опустится на землю как “сухой лист”.

Систематические исследования, предпринятые Леонардо в начале XVI в., привели его к необходимости изучить “качество и плотность воздуха”. Для этой цели он сконструировал гидроскопические инструменты. Леонардо подчеркивал,что законы аэродинамики аналогичны законам гидростатики, т.е.наука о воде является зеркальным отражением науки о ветре, ”которую (науку о ветре) мы покажем через движение воды и эта важная наука станет шагом вперед в понимании полета птицы в воздухе".

На самом деле конструирование аппаратов способных летать издавна привлекало внимание человека. Увлечение авиамоделизмом, которое у многих начинается с воздушных змеев и бумажных самолетиков, в наше время успешно реализовано за счет производителей радиоуправляемых моделей. Модели самолетов сложно назвать игрушками, потому что большинство из них участвуют в серьезных соревнованиях. Профессионалы разделяют авиамоделизм на любительский и спортивный, при этом первый тип увлечения имеет наибольшее число поклонников.

Идея полета в трудах Леонардо да Винчи

Дмитрий Алексеевич Соболев, канд.техн. наук, Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова, РАН

Одной из самых интересных страниц в многогранном творчестве Леонардо да Винчи являются исследования, посвященные проблеме полета человека. Леонардо был первым из ученых, кто всерьез занялся изучением этой темы. В его рукописях встречаются рисунки и краткие описания различных летательных аппаратов. К этой теме он возвращался на протяжении всей своей творческой деятельности: первые проекты летательных машин относятся к середине 80-х гг. XV века, а последние датируются вторым десятилетием XVI века.

Наиболее многочисленны проекты аппаратов с машущими крыльями - орнитоптеров . Это вполне естественно, так как образцом для подражания на раннем этапе развития авиации всегда была птица.

Первый известный проект летательной машины Леонардо да Винчи - это проект орнитоптера, где человек должен находиться в лежачем положении (1485-1487 гг.) (рис. 1). Для взмахов крыльями нужно использовать и силу рук, и силу ног "пилота". Ось крыла располагалась таким образом, чтобы при движении вниз оно одновременно двигалось назад, создавая наряду с подъемной силой и силу, направленную вперед, необходимую для горизонтального полета.

Леонардо не только привел краткое описание конструкции, но и дал рекомендации об испытаниях аппарата. Он писал: "Этот прибор ты испытаешь над озером и наденешь в виде пояса длинный мех, чтобы при падении не утонуть. Надобно также, чтобы опускание крыльев производилось силою обеих ног одновременно, дабы ты мог задерживаться и балансировать, опуская одно крыло быстрее другого, смотря по надобности, так, как ты видишь это делают коршуны и другие птицы. И притом опускание посредством двух ног всегда бывает более мощным, чем посредством одной... А поднимание крыльев должно совершаться силою пружины или, если хочешь, рукою, а еще лучше поднятием ноги, это - лучше, потому что руки у тебя тогда свободнее" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведени. М.1955. С. 605).

Для управления высотой полета да Винчи предложил оригинальный механизм, состоящий из подвижного горизонтального хвостового оперения, соединенного с обручем на голове человека. Поднимая и опуская голову, испытатель должен был, по замыслу Леонардо, поднимать и опускать хвостовую поверхность орнитоптера (рис. 2).

Стремясь уменьшить затраты сил на движение крыльями, великий итальянский изобретатель предложил делать на машущих поверхностях специальные матерчатые клапаны, которые при движении крыла вниз плотно прижимались бы к натянутой на арматуру крыла сетке, а при обратном ходе открывались, позволяя свободно проходить воздуху. Похожая идея применялась позднее другими конструкторами орнитоптеров.

Еще одним вариантом орнитоптера , предложенным Леонардо в те же годы, был аппарат, в котором человек должен был осуществлять взмахи крыльями, наподобие велосипедиста вращая ногами колеса, соединенные рычагами с силовой конструкцией крыльев (рис. 3). На наброске этого аппарата обращает на себя внимание нечто напоминающее колокольчик, подвешенный перед лицом "пилота". Исследователи до сих спорят, что бы это могло быть. На мой взгляд, данное устройство - это маятник, предназначенный для индикации положения в пространстве. Известно, что примерно в 1485 г. ученый сделал эскиз такого устройства (рис. 4). Если это так, то мы видим первый рисунок авиационного прибора.

Наиболее известный проект - орнитоптер-лодка (рис. 5). Он датируется примерно 1487 г. Судя по всему, человек должен был сидеть или стоять в лодке, двигая соединенные с крыльями рычаги. Еще один рычаг предназначался для поворотов горизонтального руля, напоминающего по форме хвост птицы.

В конце 1480-х гг. Леонардо да Винчи делает чертеж и описание большой летательной машины с двумя парами машущих крыльев (рис. 6). Стоящий в чем-то наподобие чаши, мужчина приводил крылья в движение с помощью системы блоков. Интересно, что аппарат имел убираемое шасси; опоры могли складываться вверх с помощью ворота и тросов (рис. 7).

Леонардо так объяснял концепцию своего нового орнитоптера: "Я решил, что стоять на ногах лучше, чем лежать плашмя, ибо прибор никогда не может перевернуться вверх ногами... Подъем и опускание при движении [крыльев] будут производиться опусканием и подниманием обеих ног, что дает большую силу, а руки остаются свободными. Если бы тебе пришлось бы лежать плашмя, то ноги, в берцовых суставах, сильно уставали бы..." (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения..С.606).

Данное рассуждение, конечно, верно, но тем не менее этот проект следует отнести к наименее удачному результату творческих изысканий Леонардо да Винчи. Очень большие размеры аппарата: размах крыльев - 40 локтей (около 16 м), высота конструкции - 25 локтей (10 м), сложная и тяжелая трансмиссия - все это делало шансы на подъем в воздух еще менее реальными, чем у прежних орнитоптеров.

По-видимому, со временем Леонардо сам понял нереальность своего замысла. Возможно, он даже проводил какие-то опыты, так как в его записках 1485-1490 гг. есть рисунок эксперимента по определению подъемной силы машущего крыла (рис. 8). Чуть позднее он указал на возможность использования в качестве источника энергии для движения крыльев сжатый с большой силой лук (рис. 9). При распрямлении мощный лук действительно мог создать большой импульс сил, но он был бы очень кратковременным, и в лучшем случае машина могла бы только подпрыгнуть вверх.

Подсказку для выхода из этой тупиковой ситуации дало тщательное изучение механизма полета птиц, которым ученый увлекся на рубеже XV-XVI вв. Наблюдение за пернатыми натолкнуло его на верную мысль о том, что основная тяга в полете создается концевыми частями крыла. В результате в самом конце XV в. Леонардо делает чертеж принципиально нового проекта орнитоптера - с крылом, состоящим из двух шарнирно соединенных частей (рис. 10). Взмахи должны были осуществляться внешними частями, составляющими около половины общей площади крыла. Данная идея, являющаяся первым шагом в зарождении концепции аппарата с неподвижным крылом - самолета, нашла практическое воплощение в последнем десятилетии XIX в. в экспериментах знаменитого немецкого пионера авиации О. Лилиенталя. Известно, что тот пробовал совершать полеты с планером, концы крыла приводились в движение от закрепленного на его теле двигателя (рис. 11).

Следующий шаг в эволюции взглядов Леонардо на конструкцию летательной машины связан с исследованием им механизма парящего и планирующего полета пернатых. Он пришел в выводу: "...Когда птица находится в ветре, она может держаться на нем без взмахов крыльями, ибо ту же роль, которую при неподвижном воздухе крыло выполняет в отношении воздуха, выполняет движущийся воздух в отношении крыльев при неподвижных крыльях" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.497).

Основываясь на этом принципе, известным в наши дни как принцип обратимости движения, Леонардо приходит к выводу: не человек должен крыльями отталкивать воздух, а ветер должен ударять в крылья и нести их в воздухе, как движет он парусный корабль. Тогда пилоту летательной машины необходимо будет только обеспечивать равновесие с помощью крыльев. "Не нужно много силы, чтобы поддерживать себя и балансировать на своих крыльях и направлять их на путь ветров и управлять своим курсом, для этого достаточно небольших движений крыльями", - пишет Леонардо да Винчи в 1505 г. (Giacomelly, R. The aerodynamics of Leonardo da Vinci // Aernautical Journal. 1930. Vol. 34. P. 1021)

Опираясь на разработанную им концепцию, ученый задумал создать новый тип летательного аппарата. Скорее всего он должен был принципиально отличаться от орнитоптеров прежних лет. По мнению итальянского исследователя творчества Леонардо да Винчи Р. Джакомелли, это мог быть моноплан с размахом крыльев приблизительно 18 м, предназначенный для полетов в восходящих потоках воздуха (по современной терминологии - планер-паритель). Крылья были подвижные, но по сравнению с предшествующими проектами подвижность их была весьма ограничена и служила бы только для балансировки (Giacomelly, R. Leonardo da Vinci e il volo meccanico // L"Aerotechnica. 1927. No. 8. P. 518-524.).

Пилотируемая "искусственная птица" должна была стартовать с вершины горы Монте Чечери (гора Лебедя) в окрестностях Флоренции и, подхваченная вертикальными потоками, подняться в воздух. "Большая птица начнет первый полет со спины своего исполинского лебедя, наполняя вселенную изумлением, наполняя молвой о себе все писания, - вечной славой гнезду, где она родилась", - написал Леонардо да Винчи в своем "Трактате о полете птиц" (1505 г.) (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.494).

Но Италии не суждено было стать родиной планеризма. Загруженный многочисленными заказами, Леонардо так и не смог приступить к осуществлению своей идеи (или не захотел - для него всегда было интереснее генерировать проекты и постулаты, нежели воплощать их в жизнь).

Незадолго до смерти ученый еще раз вернулся к мыслям о движении по воздуху с помощью неподвижного крыла. В его рукописи, хранящейся в Институте Франции в Париже, есть малоизвестный рисунок, датируемый 1510-1515 гг. (рис. 12). На нем изображен человек, который, держась руками за плоскость, спускается по воздуху, и имеется указание о способе управления: "Этот [человек] будет двигаться направо, если он согнет правую руку и распрямит левую; и будет затем двигаться справа налево при перемене положения рук" (Gibbs-Smith, С. Leonardo da Vinci"s aeronautics. London, 1967. P. 21.). По-видимому, данная идея простейшего балансирного планера, или, точнее, управляемого парашюта, возникла у Леонардо в результате наблюдения за падением листа бумаги в воздухе.

Говоря о изысканиях Леонардо да Винчи в области полета, нельзя не упомянуть еще о двух пионерских проектах - проекте парашюта и проекте вертолета. Оба они сделаны в 1480-е гг., одновременно с первыми предложениями по созданию орнитоптеров.

Рисунок спускающегося на пирамидовидном парашюте человека (рис. 13) Леонардо сопроводил надписью: "Если у человека шатер из прокрахмаленного полотна, шириною в 12 локтей и вышиною в 12, он сможет бросаться с любой большой высоты без опасности для себя" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.615).

Знакомое многим изображение вертолета Леонардо да Винчи (рис. 14) представляет собой первый проект вертикально взлетающего летательного аппарата. В отличие от современных вертолетов с лопастным винтом, эта машина должна была подниматься в воздух с помощью хорошо известного в XV в. архимедова винта, диаметром около 8 м. Несмотря на то, что винт должен был раскручиваться вручную, Леонардо да Винчи верил в осуществимость своего проекта: "Я говорю, что когда этот прибор, сделанный винтом, сделан хорошо, т.е. из полотна, поры которого прокрахмалены, и быстро приводится во вращение [...] названный винт ввинчивается в воздух и поднимается вверх".

Как всякие первые предложения, эти проекты были еще несовершенны. Парашют не имел специального отверстия в вершине купола, обеспечивающего устойчивую траекторию снижения, а в проекте вертолета не учитывалось влияние реактивного момента от вращения винта, который раскручивал бы расположенную внизу конструкцию, далека от наилучшей была и форма винта. Но тем не менее оба они представляют собой выдающиеся технические предвидения.

Замечательные идеи Леонардо да Винчи долгое время оставались неизвестными, так как он не опубликовал результаты своих исследований. В конечном итоге то, к чему Леонардо пришел в течение нескольких десятилетий, затянулось на века. Только в XVIII столетии на смену безуспешным попыткам полета с помощью взмахов прикрепленными к рукам и ногам крыльями пришли первые проекты летательных аппаратов с образующим подъемную силу неподвижным крылом и небольшими подвижными крыльями для создания направленной вперед силы - Сведенборга (Швеция, 1716 г.), Бауэра (Германия, 1763 г.), Кейли (Англия, 1799 г.). Полеты на балансирных планерах начались в конце XIX в., а первые вертолеты появились только в XX в.

Анализ развития взглядов на конструкцию крылатого летательного аппарата в трудах Леонардо да Винчи и в работах последующих пионеров авиации позволяет сделать следующий общий вывод: вопреки распространенной среди историков авиации точке зрения, идея самолета зародилась не сама по себе как альтернативная орнитоптеру концепция, а "выросла" из проектов аппаратов с машущим крылом через ряд промежуточных образцов полусамолетов-полуорнитоптеров, автором первых из которых был великий Леонардо.

Вертикальный "ORNITOTTERO"
Необходимость в более мощном источнике энергии привела Леонардо к мысли задействовать все части человеческого тела в процессе полета. На рисунке - человек, управляющий скользящими механизмами не только с помощью рук и ног, но и головы, которая, по словам Леонардо, "имеет силу, равную 200 фунтам" . Человек стоит в центре огромного сосуда, который представляет собой чашу диаметром 12 м, снабженную лестницей (12 м). Крылья аппарата имели ширину 24 м и размах 4,8 м. На этом аппарате Леонардо предполагал использовать две пары крыльев, машущих поочередно.

Вертолет
Данный рисунок - изображение "предка" современного вертолета. Радиус винта - 4,8 м. Он имел металлическую окантовку и полотняное покрытие. Винт приводился в движение людьми, которые шли вокруг оси и толкали рычаги. Существовал и еще один способ запуска винта - требовалось быстро раскрутить трос под осью. "Я думаю, что если этот винтовой механизм добротно сделан, т. е. сделан из накрахмаленного полотна (во избежание разрывов) и быстро раскручен, то он найдет себе поддержку в воздухе и взлетит высоко вверх"

Гидроскоп
Гидроскоп - прибор, изобретенный Альберти. Он представлял собой простой набор шкал с гидроскопичесим веществом (хлопковая вата, губка и т.д.) и воском, не впитывающим воду. По словам Леонардо, прибор применялся для того, ” чтобы узнать качество и плотность воздуха и когда пойдет дождь ”.

Измеритель величины наклона
Этот прибор представляет собой маятник, помещенный внутрь стеклянного сосуда (в форме колокола), служащий для того, чтобы "направить аппарат (летательный) прямо или под наклоном, как предпочитаете, т. е. когда захочется лететь прямо, установите шарик в середину круга".

Исследование балансировки
Движения планера в полете контролировались подвижными крыльями и балансированием летчика: "человек должен быть свободен книзу от талии, чтобы он мог себя уравновесить, хотя и находится при этом в лодке, и так, чтобы его центр тяжести совпадал с центром тяжести всей конструкции и был уравновешен с ним".

Исследование равновесия
Ученый провел исследование равновесия планера c целью определения центра гравитации у птицы. Рисунков этого планера не существует, но известно, что он должен был быть построен из легких материалов: бамбука и ткани с креплениями и оттяжками из сырого шелка или из специальной кожи. Высокая конструкция из тростника в форме цилиндра или параллелепипеда, видимо, вытягивалась на лямках из очень широких (около 10 м в ширину) крыльев этого планера. В этой конструкции летчик располагался намного ниже крыльев, что создавало равновесие аппарата.

Лежащий "ORNITOTTERO"
Этот рисунок - один из самых знаменитых рисунков Леонардо: "А вращает крыло, В поворачивает его с помощью рычага, С опускает его, D поднимает его". Человек лежит на платформе вытянувшись: "На этом месте располагается сердце". Ноги вдеты в стремена таким образом, что одна нога поднимает крыло, другая опускает. Это - летательный аппарат, в котором распростертый человек крутит педали, поднимающие и опускающие крылья, сгибающие и вращающие их при помощи веревок и рычагов, т.е. этот аппарат как бы “гребет” по воздуху.

В другом варианте "Ornitottero" четыре крыла приводились в движение руками и ногами пилота. Руки поднимали крылья при помощи барабана, а ноги опускали по одной паре крыльев по очереди. Таким образом, ритм машущих крыльев ускорялся. Аппарат на спине пилота управлялся накручиванием канатов на барабаны и раскручиванием их.

Модель "ORNITOTTERO"
Здесь представлен один из вариантов "ORNITOTTERO". Пилот с аппаратурой на спине располагался под металлическим полукругом; движение крыльев создавалось за счет движения ног. Этому помогали руки, управляющие рукоятками, расположенными под полукругом. Руль размещался на шее пилота. Направление полета определялось поворотом головы.

Орнитоптер
Фюзеляж по форме напоминает лодку для пилота. Видимо, о воздухе Леонардо мыслил теми же понятиями, что и о воде. Огромные крылья (похожие на крылья летучей мыши) приводятся в движение системой винтов и гаек. Как и на лодках, был предусмотрен руль. Широкая хвостовая плоскость предназначалась, должно быть, для контроля высоты.

На рисунке не планер, управляемый пилотом, а интересный "гибрид". Летчик висит вертикально в центре аппарата, кончики крыльев имеют соединения, контролирующие машину, а жесткая конструкция поддерживает ее.

Орнитоптер с пружинным приводом
Будучи убежденным, что невозможно управлять таким аппаратом при помощи только силы человеческих мышц, Леонардо дал альтернативные решения. Например, им был спроектирован аппарат с пусковым пружинным устройством, передающим свою энергию крыльям “ornitottero” (в данном случае - вертикального) в момент распрямления пружины. В детальной проработке слева Леонардо изобразил устройство, аналогичное тем, что он использовал в своем “автомобиле” и в некоторых часовых механизмах. Данная система теоретически настолько опережала свое время, что даже получила название "Аэроплан Леонардо". На практике она оказалась несовершенной из-за необходимости быстрого раскручивания пружины и трудностей при ее обратном сматывании во время полета.

Парашют
"Если у человека есть тент из плотной ткани, каждая из сторон которого составляет 12 длин руки, и высота - 12, то он может прыгнуть, не разбившись, с любой значительной высоты ".

Полет птицы
Благодаря систематическим исследованиям полета птицы, Леонардо решил заменить полет при помощи машущих крыльев планирующим полетом. Около 1505 г. была закончена его книга “Сodice sul Volo degli Uccelli” (в настоящее время она находится в Турине, в бывшей Королевской библиотеке). Данные рисунки - из этой книги.

Прибор для измерения скорости ветра
Существовал и другой вид анемометра. Он был сделан из конусообразных трубок и применялся для того, чтобы установить, пропорционален ли ветер, поворачивающий колесо, воздухозаборному отверстию в конусе, учитывая идентичную интенсивность ветра.

Система оттяжек рычагов и соединений
Леонардо считал, крылья могут подниматься и опускаться системой канатов и блоков, приводимой в движение ногами пилота, вдетыми в стремена, и его руками, управляющими рукоятками. Поднимаясь и опускаясь, крылья, также, сгибались и распрямлялись при помощи автоматической системы оттяжек, рычагов и соединений.

Спуск на землю "сухим листком"
"Человек повернется направо, если согнет правую руку и вытянет левую; меняя эти движения, он будет поворачиваться справа налево”.

Анемометр
На рисунке изображен “пластинчатый анемометр”, или “щетка”, так как традиционно для пробы ветра применялись перья. Прибор представляет собой градуированную трость с тонкими пластинками, которые двигаются в зависимости от интенсивности ветра.

Аппарат вертикального взлета и посадки
На вертикальном "ornitottero" Леонардо планировал разместить систему втяжных лестниц. Примером ему послужила природа: "посмотри на каменного стрижа, который сел на землю и не может взлететь из-за своих коротких ног; а когда он в полете, вытащи лестницу, как показано на втором изображении сверху... так надо взлетать с плоскости; эти лестницы служат ногами...". Что касается приземления, он писал: "Эти крючки (вогнутые клинья - см. детали справа), которые прикреплены к основанию лестниц, служат тем же целям, что и кончики пальцев ног человека, который на них прыгает и все его тело не сотрясается при этом, как если бы он прыгал на каблуках".

Канадский исследователь Тодд Рейкерт утверждает, что совершил первый в истории полет на орнитоптере (махолете).

Этот изобретенный Леонардо да Винчи безмоторный аппарат тяжелее воздуха, с крыльями, которые приводятся в движение усилиями человека.

Махолет, получивший название "Снежная птица", был запущен со взлетной полосы планерного клуба в Торонто. Рейкерт толкал ногами рычаг, опускавший края крыльев.

С мечтой о полете

Орнитоптеру помогла разогнаться машина, потом он самостоятельно пролетел 145 метров на скорости 25,6 км/ч, сделав несколько взмахов, и благополучно приземлился.

"Испокон веков бесчисленные энтузиасты мечтали полететь, подобно птице, используя свою собственную силу. Сотни, если не тысячи, пытались это сделать", - говорится в заявлении Рейкерта.

"Мне удалось стать одним из последних авиаторов, установившим значительное достижение первым", - утверждает исследователь.

Рейкерт похудел на 8 кг, чтобы облегчить "Снежную птицу"

Махолет изготовлен из графитового волокна и бальзы. Его вес - 43 кг, размах крыльев - 32 м.

По словам канадских специалистов, у них имеется телеметрическая информация, подтверждающая, что летательный аппарат не просто планировал, а самостоятельно поддерживал высоту. Международная авиационная федерация должна подтвердить факт рекордного полета на заседании в октябре.

Творение Леонардо

Махолет, сконструированный Леонардо да Винчи

Изобретение орнитоптера приписывают итальянскому живописцу и ученому эпохи Возрождения Леонардо да Винчи. Он запечатлел его на своих чертежах приблизительно в 1485 году, нарисовав механизмы, передающие крыльям движение человеческих мышц.

Но лишь в 1903 году от земли сумел оторваться моторный самолет братьев Райт.

В 1977 году сверхлегкий моноплан "Госсамер Кондор" выполнил в воздухе движение в форме восьмерки, благодаря лишь мускульной энергии. Пилот и велогонщик Брайен Ален крутил пропеллер с помощью педалей.
**************************************************************************************************************

Махолет Леонардо да Винчи поднялся в небо

Леонардо ди сер Пьеро да Ви́нчи (итал. Leonardo di ser Piero da Vinci, 15 апреля 1452 - 2 мая 1519) — великий итальянский художник (живописец, скульптор, архитектор) и учёный (анатом, математик, физик, естествоиспытатель), яркий представитель типа «универсального человека» (лат. homo universale) — идеала итальянского Ренессанса.

В мастерской Верроккьо Леонардо обучился гуманитарным наукам, а также приобрел некоторые технические навыки. Он изучил черчение, химию, металлургию, работу с металлом, гипсом и кожей. Помимо этого юный подмастерье занимался рисованием, скульптурой и моделированием.

В мастерской часто бывали такие известные мастера, как Гирландайо, Перуджино, Боттичелли и Лоренцо ди Креди. Впоследствии, даже когда отец Леонардо принимает его на работу в свою мастерскую, он продолжал сотрудничать с Верроккьо.

Единственное его изобретение, получившее признание при жизни — колесцовый замок для пистолета (заводившийся ключом). В начале колесцовый пистолет был мало распространён, но уже к середине XVI века приобрёл популярность у дворян, особенно у кавалерии, что даже отразилось на конструкции лат, а именно: максимилиановские доспехи ради стрельбы из пистолетов стали делать с перчатками вместо рукавиц. Колесцовый замок для пистолета, изобретённый Леонардо да Винчи, был настолько совершенен, что продолжал встречаться и в XIX веке.

В Милане он делал много рисунков и изучал летательный механизм птиц разных пород и летучих мышей. Кроме наблюдений он проводил и опыты, но они все были неудачными. Леонардо очень хотел построить летательный аппарат.

Он говорил: «Кто знает всё, тот может всё. Только бы узнать — и крылья будут!»

Сначала Леонардо разрабатывал проблему полёта при помощи крыльев, приводимые в движение мышечной силой человека: идея простейшего аппарата Дедала и Икара. Но затем он дошёл до мысли о постройке такого аппарата, к которому человек не должен быть прикреплён, а должен сохранять полную свободу, чтобы управлять им; приводить же себя в движение аппарат должен своей собственной силой. Это в сущности идея аэроплана.

Для того чтобы успешно практически построить и использовать аппарат, Леонардо не хватило только одного: идеи мотора, обладающего достаточной силой. До всего остального он дошёл.

Леонардо да Винчи работал над аппаратом вертикального взлёта и посадки. На вертикальном «ornitottero» Леонардо планировал разместить систему втяжных лестниц. Примером ему послужила природа: «Посмотри на каменного стрижа, который сел на землю и не может взлететь из-за своих коротких ног; а когда он в полёте, вытащи лестницу, как показано на втором изображении сверху… так надо взлетать с плоскости; эти лестницы служат ногами…».
Что касается приземления, он писал: «Эти крючки (вогнутые клинья), которые прикреплены к основанию лестниц, служат тем же целям, что и кончики пальцев ног человека, который на них прыгает и всё его тело не сотрясается при этом, как если бы он прыгал на каблуках».

Леонардо да Винчи [Настоящая история гения] Алферова Марианна Владимировна

Летательные аппараты. Грезы о полете. Орнитоптеры и самолет

Идея создать машину, которая поможет человеку подняться в воздух, буквально преследовала Леонардо всю жизнь. Много часов он наблюдал за полетом птиц, изучал их анатомию. Как механик Мастер пытался придумать механизм, которым человек должен был управлять с помощью рук и ног, приводя в движения машущие крылья. Большинство летательных механизмов Мастера – орнитоптеры, то есть машины, которые помог ли бы человеку уподобиться птице. Предполагалось, что человек поднимется в воздух, взмахивая крыльями, как большой орел.

Леонардо да Винчи. Рисунок вертикального орнитоптера. Перо, чернила. Здесь человек сидит в машине и приводит в движение педали. Механизм помещался внутри кожуха в форме шара. Это скорее фантазии на тему полета, нежели реальный чертеж машины

Леонардо построил испытательный стенд с крылом, пытаясь выяснить, как же поднять человека в воздух. Воссозданные по чертежам Леонардо модели орнитоптеров не могут летать – но они в малейших деталях воспроизводят движения птичьих крыльев.

Механизмы, в которых человек приводит крылья движениями рук и ног, можно встретить в записях Леонардо в различных вариантах. Иногда это одна пара крыльев, иногда две. Один из проектов – рисунок летательного аппарата, в котором человек должен был лежать, продев ноги в устройства, напоминающие стремена, – одна нога поднимает крыло, другая опускает. Проще сказать: человек лежа крутит педали, а привод с помощью тросов и рычагов заставляет двигаться крылья. Это похоже на воздушный корабль, сев на который, человек станет грести по воздуху, как по воде.

У да Винчи есть еще один вариант орнитоптера – когда две пары крыльев приводятся в движение как руками, так и ногами. При этом человек поднимает крылья руками с помощью барабана, а опускает ногами. Человек опять же находится в аппарате лежа. Но Леонардо довольно скоро понял, что человеку попросту не хватит силы мышц, чтобы привести в движение крылья со скоростью, достаточной, чтобы поднять его в воздух. В самом деле, парадокс заключается в том, что довольно простые расчеты показывают: размахивать такими крыльями может только тяжеловес, но при этом его усилий хватит лишь на то, чтобы поднять в воздух щуплого парнишку. То есть, если бы один человек мог махать за другого, то человек давно бы летал, как птица. Но физику не обманешь, в отличие от учителя физики, когда ученик выдает списанное решение за свое.

Придя к столь неутешительным выводам (имеется в виду – нехватка мускульной силы), Мастер стал искать механизмы, способные помочь в этом человеку. На одном из рисунков появился механизм, в котором используются пружины. Сама схема, придуманная Леонардо, с точки зрения механики, была оригинальной, но опять же не имела практического воплощения.

В конце концов Леонардо отказался от идеи машущего крыла и стал думать о крыле планирующем. На одной странице с его записями изображен планирующий лист и рядом – изображение неподвижного крыла. Так в его фантазиях явился механизм, напоминающий современный дельтаплан. Для того чтобы управлять планером, использовался механизм балансировки и подвижное крыло. Сохранился рисунок, на котором человек расположен в подвеске, чем-то напоминающей нынешнюю подвеску дельтаплана. Правда, пилот изображен вертикально. Мастер исследовал равновесие планера – тот должен быть построен из бамбука и с оттяжками из сырого шелка или из кожи. Человек располагался намного ниже этой плоскости, что позволяло уравновесить конструкцию.

Реконструкция орнитоптера Леонардо, получившего наименование «Большая птица». Википедия. В данной конструкции Леонардо тщательно сымитировал движения птичьих крыльев

Уже в наше время в Великобритании из материалов времен Леонардо построили «дельтаплан» по его чертежам, и аппарат с успехом прошел испытания на меловых утесах Англии.

Без сомнения, Леонардо ставил перед собой задачу, которую невозможно было решить, имея в распоряжении технологии XV века. Разрабатывая конструкции своих летательных аппаратов, да Винчи рассчитывал только на силу человека, пытаясь максимально использовать мышцы пилота, заставляя его работать руками, ногами, и даже – головой. Не в смысле соображать, а в прямом – использовать голову как часть привода. Но, как бы ни старался Леонардо, в его время полет был невозможен – в распоряжении великого Мастера не было двигателя и необходимых легких материалов, чтобы создать летательный аппарат. Свои модели Леонардо предполагал строить из дерева и ткани. Хотя планер, пожалуй, создать было возможно.

Первые полеты человек совершил на воздушных шарах спустя три века после Леонардо. В 1783 году поднялся в воздух сначала воздушный шар братьев Монгольфье, наполненный нагретым воздухом, а затем, в том же году, – наполненный водородом аэростат Жака Александра Сезара Шарля. И хотя можно было кое-как управлять воздушным шаром (например, использовать мешки с балластом и якорь), все равно это был полет по воле воздушных течений – шар летел туда, куда гнал его ветер, а не туда, куда планировал направить его человек. Скорее, это могло стать развлечением, упоением полетом как таковым, нежели имело практическое значение.

Только в 1852 году был создан аппарат, которым можно было управлять, – так появился дирижабль, летательный аппарат сигарообразной формы, с винтом, который приводила в движение паровая машина.

В 80-х годах XIX века начинается «битва за небо». Ученые, соревнуясь друг с другом, сооружают летательные аппараты один чуднее другого. Параллельно начинается разработка теории. Именно в это время появляются пригодные для полетов планеры.

Как вы понимаете, сам по себе планер отправиться в полет не может – его надо разогнать с помощью лебедки или столкнуть с наветренной стороны горы. Первый планер современного типа, поднявший человека в воздух, сконструировал английский ученый и изобретатель Джордж Кейли в 1853 году.

В 1882 году Александр Можайский создал и испытал моноплан с двумя паровыми машинами. Смогла ли эта конструкция оторваться от земли, так точно и неизвестно. Испытания в итоге закончились катастрофой. А для продолжения исследований денег, к сожалению, не нашлось.

Первые авиационные моторы – это громоздкие и тяжелые паровые машины. Проект первого аэроплана с мотором такого типа принадлежит немцу Фридриху Маттису. В центре ромбовидного крыла самолета Маттис предполагал разместить тяжелый двигатель. Его конструкция так и осталась на бумаге и вскоре была забыта. Более продуманно подошел к своему делу ученый из Великобритании Уильям Хенсон. Этот аппарат имел паровой двигатель мощностью около 30 лошадиных сил, двигатель приводил в действие воздушные винты диаметром чуть более трех метров. Для того чтобы уменьшить вес машины, англичанин предложил заменить обычный котел системой сосудов конической формы и использовать воздушный конденсатор. В 1844–1847 годах Хенсон произвел несколько испытаний своих аэропланов. Но и они все закончились неудачно. Слава создателя первого самолета, оторвавшегося от земли, принадлежит британцу Джону Стрингфеллоу. Однако такая машина по-прежнему не могла реально покорить небо. На исходе XIX века созданием аэропланов с паровыми двигателями увлекся «пушечный король» Хайрем Максим. Он решил не тратить время на опыты и сразу же приступил к строительству самолета. Его аппарат был снабжен паровой машиной мощностью уже в 360 лошадиных сил, а размерами его «чудище» походило на двухэтажный дом. Самолет весил три с половинной тонны! В итоге эта громадина, на мгновение оторвавшись от земли, тут же рухнула и превратилась в обломки. Таких охотников взлететь, не тратя время на инженерные изыскания, нашлось немало. Французский инженер Клеман Адер решил взять количеством и построил сразу несколько аэропланов, которые в итоге не мог ли летать. Когда лучший из его выводка, «Авион-три», разбился в присутствии государственной комиссии, горе-инженер сжег все свои чертежи аэропланов и переключился на автомобили. В итоге к концу XIX столетия изобретатели и конструкторы поняли, что из-за своих размеров и массы паровые двигатели невозможно применить в самолетостроении. Хотя об этом догадывались и раньше, пытаясь приспособить на аэроплан электрический мотор.

Первыми летательными аппаратами, которые стали выполнять регулярные рейсы, были дирижабли.

Однако в начале XX века у дирижаблей появился новый конкурент. После того как создали легкий и надежный двигатель внутреннего сгорания, многие конструкторы вновь занялись проектированием аппаратов тяжелее воздуха. Результат не заставил себя долго ждать: 17 декабря 1903 года поднялся в небо самолет братьев Райт. Он был снабжен бензиновым двигателем с двумя цилиндрами, расположенными горизонтально.

Для того чтобы самолет не только оторвался от земли, но и полетел, необходимо было решить две важнейшие проблемы – создать двигатель, способный поднять в воздух конструкцию тяжелее воздуха, и найти способ управлять аппаратом в воздухе. Братья Райт создали необходимый двигатель и решили вопрос управления с помощью «перекоса крыла». Этот принцип использовался недолго, вскоре были изобретены элероны. Но самолеты не сразу безраздельно покорили небо. Еще долго продолжалось соревнование, кто же будет царить в небе – дирижабль или самолет.

Дирижабль – летательный аппарат легче воздуха, он «плавает» в атмосфере за счет выталкивающей силы, так что газ в оболочке должен быть легким, по плотности меньше плотности атмосферы. Обычно оболочка дирижабля наполняется водородом или гелием. Однако водород легко воспламеняется. Гелий – инертный газ и потому безопасен, но это редкий и дорогой газ, в начале XX века его запасами располагали, в основном, Соединенные Штаты Америки, так что Европе приходилось довольствоваться водородом. Приходилось очень тщательно соблюдать технику пожарной безопасности: при посадке на дирижабль пассажиры сдавали спички и зажигалки.

Путешествие в дирижабле в начале XX века по комфортабельности значительно превосходило даже нынешние самолеты, не говоря о первых конструкциях в стиле братьев Райт. На пассажирском дирижабле имелись ресторан с кухней и салон для отдыха. Знаменитый цеппелин «Гинденбург» был оборудован небольшим, специально изготовленным для дирижабля облегченным роялем.

И хотя дирижабли долгое время успешно конкурировали с самолетами, поскольку в то время могли переносить куда большие грузы, нежели самолеты, все равно аппараты тяжелее воздуха выиграли битву за воздух.

Считается, что эпоха дирижаблей закончилась, когда при посадке в Лейкхерсте (США) сгорел немецкий пассажирский дирижабль «Гинденбург». Вечером 3 мая 1937 года «Гинденбург» вылетел из Германии и взял курс на запад. Он пересек Атлантический океан, и уже 6 мая его пассажиры увидели Манхэттен. Желая угодить пассажирам, а заодно похвастаться цеппелином перед американцами, капитан сделал круг над городом. После этого дирижабль направился в сторону базы Лейкхерст. Посадку осложнило приближение грозового фронта. Во время посадки произошло возгорание, за 15 секунд огонь распространился по дирижаблю, и произошел взрыв, еще через 15 секунд «Гинденбург» рухнул на землю рядом со швартовочной мачтой. При крушении погибли 36 человек. Независимо от того, что послужило причиной возгорания, катастрофа «Гинденбурга» привела к прекращению строительства пассажирских дирижаблей. Отныне небо всецело принадлежало самолетам. Дирижабли на гелии использовались только для разведки во время войны.

За время между Мировыми войнами в технологии самолетостроения произошел огромный прогресс. Первые самолеты строились из древесины и ткани, но теперь конструкторы перешли к почти полностью алюминиевому фюзеляжу. Все знают, что алюминий – очень мягкий материал, алюминиевую ложку или вилку можно согнуть руками без особых усилий, и для корпуса самолета чистый алюминий не подходит. Но немецкие инженеры придумали сплав алюминия с медью и марганцем, такой сплав после термической обработки приобретает свойства, необходимые для авиастроения. Это – дюралюминий (дюраль в просторечии), по названию города Дюрен, где было налажено его производство. Из этого сплава в 1917 году немецкая фирма «Юнкерс» построила цельнометаллический моноплан.

Развитие двигателей для самолетов также шло быстрыми темпами. Движущей силой в развитии самолетостроения не последнюю роль играли многочисленные призы за рекорды скорости и дальности.

Итак, мы видим, что для решения тех проблем, над которыми бился Леонардо, понадобились годы непрерывного труда ученых и инженеров, создание новых теорий, новых конструкций, новых двигателей и новых материалов. Ничего этого не было в распоряжении Мастера в XV веке. Промышленная революция дала все это, а также – преемственность знаний, когда один исследователь или конструктор может продолжить работу там, где ее закончил другой.

Однако Леонардо оставил нам то, что, быть может, не менее важно, чем достижение всех промышленных революций, – веру в безграничные возможности человека.

Из книги Откровения ездового пса автора Ершов Василий Васильевич

И так в каждом полете - Володя, в чем дело? Почему ты не выполняешь команды директора?- А я снос подбираю по КУРС-МП, как на "Яке".- Так у нас же не "Як". У нас директорная система подбирает снос и выдает тебе команду. Слепо исполняй. Слепо! Тупо выполняй команду! И она приведет

Из книги Фабрика здоровья автора Смирнов Алексей Константинович

Из книги О космолетах автора Феоктистов Константин Петрович

Грезы и будни Казалось бы - уж логопеды? они-то в чем провинились?Да ни в чем, конечно. Просто я уже не раз намекал, что в нашу больницу стянулись очень странные люди. И стала она резервацией.Я любил навещать логопедов, отдыхать с ними душой. Чай пил, разговоры

Из книги Три жизни Жюля Верна автора Андреев Кирилл Константинович

РАКЕТА, САМОЛЕТ ИЛИ РАКЕТНЫЙ САМОЛЕТ? Сколько бы ни говорили о будущих кораблях и станциях, не только конструктивные проблемы определяют возможность и экономику их создания. Такова уж природа космонавтики, что во все времена многое будет зависеть от средств сугубо

Из книги Незавещанное наследство. Пастернак, Мравинский, Ефремов и другие автора Кожевникова Надежда Вадимовна

В полете Был ясный октябрьский полдень 1862 года, когда Жюль Верн, прижимая к себе рукопись, позвонил у подъезда старинного дома № 18 по улице Жакоб. Рослый слуга отворил дверь.– Мсье Этсель ждет вас, – лаконично сообщил он.Лестница, ведущая на второй этаж, казалась

Из книги Небо начинается с земли. Страницы жизни автора Водопьянов Михаил Васильевич

УТРАЧЕННЫЕ ГРЕЗЫ Не знаю, когда и как это произошло. Ничто вроде бы не предвещало разрыва-отрыва с привычным моим родителям. Разве что с малолетства тяга к перемене места у меня сочеталась с подступающей к горлу тоской. Даже если уезжали мы ненадолго, всего лишь на месяц, в

Из книги Генеральный конструктор Павел Сухой: (Страницы жизни) автора Кузьмина Лидия Михайловна

В дневном полете Вскоре на своем старом самолете, но с новым мотором, с тем же экипажем мы стали вылетать на бомбежки вражеских объектов в Смоленске, Орле, Калуге. Летали мы только по ночам, сбрасывали бомбы в темноте и не всегда могли видеть результаты налетов.Однажды,

Из книги Аэроузел-2 автора Гарнаев Александр Юрьевич

Глава VIII. Геометрия замыслов… Крыло в полете меняет свою стреловидность. Дальность - больше, разбег и пробег - меньше. «Удивительно интересная машина». «Не снижайся так низко - дух захватывает!». Экспериментальный самолет - Сухой неспроста взялся за эту тему! Битва за

Из книги И время ответит… автора Фёдорова Евгения

Беспилотные летательные аппараты (БЛА) Проекты 121,123,130,139,141 и 143 Военные специалисты в середине 50-х годов активно требовали постепенного перехода с пилотируемых летательных аппаратов на беспилотные. Беспилотная авиация становилась одной из наиболее быстро развивающихся

Из книги Неизвестный Лавочкин автора

Из книги Боевые самолеты Туполева автора Якубович Николай Васильевич

Глава 13 Беспилотные летательные аппараты Беспилотными боевыми летательными аппаратами в ОКБ-301 начали заниматься в начале 1950-х годов. Например, в 1950–1951 годах разрабатывался телеуправляемый самолет-снаряд С-С-6000 полетным весом 6000 кг, предназначавшийся для поражения

Из книги Воздушный путь автора Сикорский Игорь Иванович

Глава 5 Беспилотные летательные аппараты Помимо традиционной самолетной тематики, во второй половине 1950-х годов ОКБ-156 приступило к разработке беспилотных летательных аппаратов, и первым в этом ряду стал стратегический дальний ударный самолет (крылатая ракета) Ту-121 («С»)

Из книги автора

Летательные машины На первых страницах этой книги было сказано вкратце о приборах «тяжелее воздуха». Упоминалось также, что к этому разряду относятся все птицы и летающие насекомые и что полет их происходит совершенно иным образом, чем движение в воздухе всякого

Летательные аппараты

Леонардо да Винчи был убежден, что "человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух".

Убежденный в своей правоте, он начал разрабатывать аппарат, приводимый в движение только силой мышц человека, и позволяющий ему парить в воздухе как птица. Существует множество рисунков такого "ornitotteri", придуманных Леонардо. Одни из них изображают лежащего человека, который собирается взлететь с помощью механизмов, присоединенных к крыльям; другие - движение вперед при помощи более совершенной системы винтов и шкива. Есть и рисунки человека, расположенного вертикально в летательном корабле, на педали которого он нажимал руками и ногами.

Чтобы сконструировать крылья "ornitotteri", Леонардо изучал анатомию птичьего крыла, учитывая функции и распределение его перьев. Наблюдая за полетом птицы, ученый заметил, что она по-разному машет крыльями, когда зависает в воздухе, летит вперед или приземляется. Его интересовали также перепончатые крылья летучих мышей. На основе этих наблюдений Леонардо сконструировал огромные крылья, предназначенные не только для поднятия человека в воздух, но и удержания его в полете, благодаря элеронам и шарнирам. Он собирался имитировать воздушную акробатику птиц, их способность беречь энергию в полете и точно приземляться. До конца XV столетия Леонардо был убежден, что сможет осуществить проект механического полета. Однако его беспокоило то обстоятельство, что возможности мышц человека ограничены. Поэтому он собирался вместо энергии мускулов использовать механизм лука, который обеспечивал бы движение вперед. Впрочем, лук не решал проблем автономности в полете, возникающих при быстром раскручивании пружины.

С 1503 по 1506 г. Леонардо был занят исследованиями в Тоскане. Атмосферные условия, наличие или отсутствие ветра, соответствующие метеорологические и аэродинамические явления заставили его отказаться от своей старой идеи об "инструменте", основанном на взмахе крыльев, и признать”полет без движения крыльев”.

Наблюдая, как большие птицы позволяют воздушным потокам подхватить и нести их в воздухе, Леонардо думал об оснащении человека большими составными крыльями, которые дадут ему возможность войти в подходящий воздушный поток при помощи несложных движений тела и не затратить много сил на это. Человек будет свободно парить, пока не опустится на землю как "сухой лист”.

Систематические исследования, предпринятые Леонардо в начале XVI в., привели его к необходимости изучить "качество и плотность воздуха”. Для этой цели он сконструировал гидроскопические инструменты. Леонардо подчеркивал,что законы аэродинамики аналогичны законам гидростатики, т.е.наука о воде является зеркальным отражением науки о ветре, ”которую (науку о ветре) мы покажем через движение воды и эта важная наука станет шагом вперед в понимании полета птицы в воздухе".

ИДЕЯ ПОЛЕТА В ТРУДАХ ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ

Дмитрий Алексеевич Соболев, канд.техн. наук, Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова, РАН

Одной из самых интересных страниц в многогранном творчестве Леонардо да Винчи являются исследования, посвященные проблеме полета человека. Леонардо был первым из ученых, кто всерьез занялся изучением этой темы. В его рукописях встречаются рисунки и краткие описания различных летательных аппаратов. К этой теме он возвращался на протяжении всей своей творческой деятельности: первые проекты летательных машин относятся к середине 80-х гг. XV века, а последние датируются вторым десятилетием XVI века.

Наиболее многочисленны проекты аппаратов с машущими крыльями - орнитоптеров. Это вполне естественно, так как образцом для подражания на раннем этапе развития авиации всегда была птица.

Первый известный проект летательной машины Леонардо да Винчи - это проект орнитоптера, где человек должен находиться в лежачем положении (1485-1487 гг.) (рис. 1). Для взмахов крыльями нужно использовать и силу рук, и силу ног "пилота". Ось крыла располагалась таким образом, чтобы при движении вниз оно одновременно двигалось назад, создавая наряду с подъемной силой и силу, направленную вперед, необходимую для горизонтального полета.

Леонардо не только привел краткое описание конструкции, но и дал рекомендации об испытаниях аппарата. Он писал: "Этот прибор ты испытаешь над озером и наденешь в виде пояса длинный мех, чтобы при падении не утонуть. Надобно также, чтобы опускание крыльев производилось силою обеих ног одновременно, дабы ты мог задерживаться и балансировать, опуская одно крыло быстрее другого, смотря по надобности, так, как ты видишь это делают коршуны и другие птицы. И притом опускание посредством двух ног всегда бывает более мощным, чем посредством одной... А поднимание крыльев должно совершаться силою пружины или, если хочешь, рукою, а еще лучше поднятием ноги, это - лучше, потому что руки у тебя тогда свободнее" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведени. М.1955. С. 605).

Для управления высотой полета да Винчи предложил оригинальный механизм, состоящий из подвижного горизонтального хвостового оперения, соединенного с обручем на голове человека. Поднимая и опуская голову, испытатель должен был, по замыслу Леонардо, поднимать и опускать хвостовую поверхность орнитоптера (рис. 2).

Стремясь уменьшить затраты сил на движение крыльями, великий итальянский изобретатель предложил делать на машущих поверхностях специальные матерчатые клапаны, которые при движении крыла вниз плотно прижимались бы к натянутой на арматуру крыла сетке, а при обратном ходе открывались, позволяя свободно проходить воздуху. Похожая идея применялась позднее другими конструкторами орнитоптеров.

Еще одним вариантом орнитоптера, предложенным Леонардо в те же годы, был аппарат, в котором человек должен был осуществлять взмахи крыльями, наподобие велосипедиста вращая ногами колеса, соединенные рычагами с силовой конструкцией крыльев (рис. 3). На наброске этого аппарата обращает на себя внимание нечто напоминающее колокольчик, подвешенный перед лицом "пилота". Исследователи до сих спорят, что бы это могло быть. На мой взгляд, данное устройство - это маятник, предназначенный для индикации положения в пространстве. Известно, что примерно в 1485 г. ученый сделал эскиз такого устройства (рис. 4). Если это так, то мы видим первый рисунок авиационного прибора.

Наиболее известный проект - орнитоптер-лодка (рис. 5). Он датируется примерно 1487 г. Судя по всему, человек должен был сидеть или стоять в лодке, двигая соединенные с крыльями рычаги. Еще один рычаг предназначался для поворотов горизонтального руля, напоминающего по форме хвост птицы.

В конце 1480-х гг. Леонардо да Винчи делает чертеж и описание большой летательной машины с двумя парами машущих крыльев (рис. 6). Стоящий в чем-то наподобие чаши, мужчина приводил крылья в движение с помощью системы блоков. Интересно, что аппарат имел убираемое шасси; опоры могли складываться вверх с помощью ворота и тросов (рис. 7).

Леонардо так объяснял концепцию своего нового орнитоптера: "Я решил, что стоять на ногах лучше, чем лежать плашмя, ибо прибор никогда не может перевернуться вверх ногами... Подъем и опускание при движении [крыльев] будут производиться опусканием и подниманием обеих ног, что дает большую силу, а руки остаются свободными. Если бы тебе пришлось бы лежать плашмя, то ноги, в берцовых суставах, сильно уставали бы..." (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения..С.606).

Данное рассуждение, конечно, верно, но тем не менее этот проект следует отнести к наименее удачному результату творческих изысканий Леонардо да Винчи. Очень большие размеры аппарата: размах крыльев - 40 локтей (около 16 м), высота конструкции - 25 локтей (10 м), сложная и тяжелая трансмиссия - все это делало шансы на подъем в воздух еще менее реальными, чем у прежних орнитоптеров.

Подсказку для выхода из этой тупиковой ситуации дало тщательное изучение механизма полета птиц, которым ученый увлекся на рубеже XV-XVI вв. Наблюдение за пернатыми натолкнуло его на верную мысль о том, что основная тяга в полете создается концевыми частями крыла. В результате в самом конце XV в. Леонардо делает чертеж принципиально нового проекта орнитоптера - с крылом, состоящим из двух шарнирно соединенных частей (рис. 10). Взмахи должны были осуществляться внешними частями, составляющими около половины общей площади крыла. Данная идея, являющаяся первым шагом в зарождении концепции аппарата с неподвижным крылом - самолета, нашла практическое воплощение в последнем десятилетии XIX в. в экспериментах знаменитого немецкого пионера авиации О. Лилиенталя. Известно, что тот пробовал совершать полеты с планером, концы крыла приводились в движение от закрепленного на его теле двигателя (рис. 11).

Следующий шаг в эволюции взглядов Леонардо на конструкцию летательной машины связан с исследованием им механизма парящего и планирующего полета пернатых. Он пришел в выводу: "...Когда птица находится в ветре, она может держаться на нем без взмахов крыльями, ибо ту же роль, которую при неподвижном воздухе крыло выполняет в отношении воздуха, выполняет движущийся воздух в отношении крыльев при неподвижных крыльях" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.497).

Основываясь на этом принципе, известным в наши дни как принцип обратимости движения, Леонардо приходит к выводу: не человек должен крыльями отталкивать воздух, а ветер должен ударять в крылья и нести их в воздухе, как движет он парусный корабль. Тогда пилоту летательной машины необходимо будет только обеспечивать равновесие с помощью крыльев. "Не нужно много силы, чтобы поддерживать себя и балансировать на своих крыльях и направлять их на путь ветров и управлять своим курсом, для этого достаточно небольших движений крыльями", - пишет Леонардо да Винчи в 1505 г. (Giacomelly, R. The aerodynamics of Leonardo da Vinci // Aernautical Journal. 1930. Vol. 34. P. 1021)

Опираясь на разработанную им концепцию, ученый задумал создать новый тип летательного аппарата. Скорее всего он должен был принципиально отличаться от орнитоптеров прежних лет. По мнению итальянского исследователя творчества Леонардо да Винчи Р. Джакомелли, это мог быть моноплан с размахом крыльев приблизительно 18 м, предназначенный для полетов в восходящих потоках воздуха (по современной терминологии - планер-паритель). Крылья были подвижные, но по сравнению с предшествующими проектами подвижность их была весьма ограничена и служила бы только для балансировки (Giacomelly, R. Leonardo da Vinci e il volo meccanico // L"Aerotechnica. 1927. No. 8. P. 518-524.).

Пилотируемая "искусственная птица" должна была стартовать с вершины горы Монте Чечери (гора Лебедя) в окрестностях Флоренции и, подхваченная вертикальными потоками, подняться в воздух. "Большая птица начнет первый полет со спины своего исполинского лебедя, наполняя вселенную изумлением, наполняя молвой о себе все писания, - вечной славой гнезду, где она родилась", - написал Леонардо да Винчи в своем "Трактате о полете птиц" (1505 г.) (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.494).

Но Италии не суждено было стать родиной планеризма. Загруженный многочисленными заказами, Леонардо так и не смог приступить к осуществлению своей идеи (или не захотел - для него всегда было интереснее генерировать проекты и постулаты, нежели воплощать их в жизнь).

Незадолго до смерти ученый еще раз вернулся к мыслям о движении по воздуху с помощью неподвижного крыла. В его рукописи, хранящейся в Институте Франции в Париже, есть малоизвестный рисунок, датируемый 1510-1515 гг. (рис. 12). На нем изображен человек, который, держась руками за плоскость, спускается по воздуху, и имеется указание о способе управления: "Этот [человек] будет двигаться направо, если он согнет правую руку и распрямит левую; и будет затем двигаться справа налево при перемене положения рук" (Gibbs-Smith, С. Leonardo da Vinci"s aeronautics. London, 1967. P. 21.). По-видимому, данная идея простейшего балансирного планера, или, точнее, управляемого парашюта, возникла у Леонардо в результате наблюдения за падением листа бумаги в воздухе.

Говоря о изысканиях Леонардо да Винчи в области полета, нельзя не упомянуть еще о двух пионерских проектах - проекте парашюта и проекте вертолета. Оба они сделаны в 1480-е гг., одновременно с первыми предложениями по созданию орнитоптеров.

Рисунок спускающегося на пирамидовидном парашюте человека (рис. 13) Леонардо сопроводил надписью: "Если у человека шатер из прокрахмаленного полотна, шириною в 12 локтей и вышиною в 12, он сможет бросаться с любой большой высоты без опасности для себя" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.615).

Знакомое многим изображение вертолета Леонардо да Винчи (рис. 14) представляет собой первый проект вертикально взлетающего летательного аппарата. В отличие от современных вертолетов с лопастным винтом, эта машина должна была подниматься в воздух с помощью хорошо известного в XV в. архимедова винта, диаметром около 8 м. Несмотря на то, что винт должен был раскручиваться вручную, Леонардо да Винчи верил в осуществимость своего проекта: "Я говорю, что когда этот прибор, сделанный винтом, сделан хорошо, т.е. из полотна, поры которого прокрахмалены, и быстро приводится во вращение [...] названный винт ввинчивается в воздух и поднимается вверх".

Как всякие первые предложения, эти проекты были еще несовершенны. Парашют не имел специального отверстия в вершине купола, обеспечивающего устойчивую траекторию снижения, а в проекте вертолета не учитывалось влияние реактивного момента от вращения винта, который раскручивал бы расположенную внизу конструкцию, далека от наилучшей была и форма винта. Но тем не менее оба они представляют собой выдающиеся технические предвидения.

Замечательные идеи Леонардо да Винчи долгое время оставались неизвестными, так как он не опубликовал результаты своих исследований. В конечном итоге то, к чему Леонардо пришел в течение нескольких десятилетий, затянулось на века. Только в XVIII столетии на смену безуспешным попыткам полета с помощью взмахов прикрепленными к рукам и ногам крыльями пришли первые проекты летательных аппаратов с образующим подъемную силу неподвижным крылом и небольшими подвижными крыльями для создания направленной вперед силы - Сведенборга (Швеция, 1716 г.), Бауэра (Германия, 1763 г.), Кейли (Англия, 1799 г.). Полеты на балансирных планерах начались в конце XIX в., а первые вертолеты появились только в XX в.

Анализ развития взглядов на конструкцию крылатого летательного аппарата в трудах Леонардо да Винчи и в работах последующих пионеров авиации позволяет сделать следующий общий вывод: вопреки распространенной среди историков авиации точке зрения, идея самолета зародилась не сама по себе как альтернативная орнитоптеру концепция, а "выросла" из проектов аппаратов с машущим крылом через ряд промежуточных образцов полусамолетов-полуорнитоптеров, автором первых из которых был великий Леонардо.

Вертикальный "ORNITOTTERO"

Необходимость в более мощном источнике энергии привела Леонардо к мысли задействовать все части человеческого тела в процессе полета. На рисунке - человек, управляющий скользящими механизмами не только с помощью рук и ног, но и головы, которая, по словам Леонардо, "имеет силу, равную 200 фунтам" . Человек стоит в центре огромного сосуда, который представляет собой чашу диаметром 12 м, снабженную лестницей (12 м). Крылья аппарата имели ширину 24 м и размах 4,8 м. На этом аппарате Леонардо предполагал использовать две пары крыльев, машущих поочередно.

Измеритель величины наклона

Этот прибор представляет собой маятник, помещенный внутрь стеклянного сосуда (в форме колокола), служащий для того, чтобы "направить аппарат (летательный) прямо или под наклоном, как предпочитаете, т. е. когда захочется лететь прямо, установите шарик в середину круга".