Самолет братьев Райт – знаменитое изобретение американцев Уилбера и Орвилла Райт. В конце 19-го – начале 20-го веков они проводили эксперименты с различными конструкциями, а в 1903 году совершили первый управляемый полет. Он длился всего 12 секунд, но оказал огромное влияние на дальнейшее развитие авиации.
Работу братьев Райт называют революционной, так как она открыла путь для последующих разработок и достижений в авиастроении. Подробнее об этом, а также о развитии данной отрасли в России, рассказали в статье.
Устройство самолета братьев Райт
Братья Райт назвали свой летательный аппарат «Флайером». Если описать его современными терминами, то он представлял собой биплан без фюзеляжа, собранный по аэродинамической схеме, называемой «утка». Он имел размах крыла 12 м и весил 283 кг. Общие затраты на разработку в итоге составили менее 1000 долларов.
Бипланный стабилизатор, располагавшийся впереди, также служил рулем высоты, в то время как цельноповоротный киль крепился сзади. После проведения длительных испытаний для верхнего и нижнего крыльев бипланной конструкции был выбран профиль, который имел тонкую выпукло-вогнутую форму.
Такой профиль был достигнут с помощью часто расположенных нервюр – специальных основ для закрепления обшивки, идея для которых была позаимствована у архитекторов. К выбору тонкого выпукло-вогнутого профиля для крыльев и использованию нервюр для создания этой формы привели их результаты испытаний и доработки техники.
Пропеллеры Уилбер и Орвилл сделали из дерева. Изначально для их создания братья надеялись воспользоваться принципами изготовления корабельных винтов. Однако они не смогли найти подходящие формулы и информацию в доступных источниках. После долгих обсуждений и споров они пришли к выводу, что пропеллеры представляют собой, по сути, вращающиеся крылья. Используя результаты экспериментов в аэродинамических трубах, они разработали пропеллеры с диаметром 2,6 метра, склеенные из трёх кусков дерева. Они выбрали двойной «толкающий» пропеллер, который, в отличие от одиночного, не воздействует на поток воздуха передней части крыла.
В записной книжке Уилбера Райта от марта 1903 года было отмечено, что опытный образец имеет КПД 66%. Более поздние испытания показали, что пропеллеры 1903 года имели КПД более 75% во время первых полетов, а фактически достигали максимального КПД в 82%. Современные деревянные пропеллеры имеют максимальный КПД 85%, что подчёркивает впечатляющее достижение Райтов в создании эффективных пропеллеров.
Крылья – двухлонжеронные, обшитые полотном. Передний лонжерон служил одновременно передней кромкой крыла. В нижнем крыле был установлен четырехцилиндровый бензиновый двигатель мощностью 12 л. с., который приводил в движение два толкающих пропеллера через цепную передачу и охлаждался водой. Для его разработки пришлось немало потрудиться.
Братья обратились к нескольким производителям, но никто из них не был в состоянии предоставить им двигатель, который соответствовал бы их требованиям к весу. Тогда они решили обратиться к знакомому механику Чарли Тэйлору. За шесть недель непрерывных консультаций и обсуждений Тэйлор смог собрать двигатель с нужными характеристиками. Он использовал алюминиевые части, чтобы уменьшить вес, что было необычным для того времени. Однако двигатель не имел карбюратора или топливного насоса. Бензин просто стекал в картер через резиновую трубку из топливного бака, который был установлен на крыле. Передача мощности от двигателя к пропеллеру осуществлялась с помощью цепи, похожей на те, что используются в велосипедах. Главное отличие – ее сверхпрочность: она была произведена компанией, занимающейся производством цепей для автомобильных двигателей.
Братья Райт одними из первых применили двигатель внутреннего сгорания. Ранее для моделей самолетов использовали паровые двигатели, но это не увенчалось успехом. До сих пор непонятно, что случилось с самолетом Можайского. Основной недостаток паровых двигателей – это малая мощность при существенном весе. У самолета Можайского на 140 кг веса приходилось 20 лошадиных сил. Это был сравнительно высокий показатель. Братья Райт рассчитали, что им необходимо получить мощность 8 л. с. при весе двигателя до 90 кг. Первая модель получилась мощностью 16 л. с, но долго не проработала: двигатель заклинило. Мотор, который смог поднять самолет братьев в воздух, выдавал 12–13 л.с., обеспечивая вращение со скоростью около 1025 об/мин.
Пилот находился сбоку от двигателя, в положении лежа. С помощью несложной системы управления, состоящей из переднего и заднего руля и ножного механизма, можно было регулировать высоту полета, поворачивать в нужном направлении, менять положение крыльев.
В отличие от более совершенных современных летательных аппаратов, Райт-А взлетал не с помощью собственного мотора, а катапультой. Она представляла собой конструкцию из пирамидальной башни и направляющего рельса. Для ее запуска использовался тяжелый груз, связанный с самолетом прочным тросом. Груз падал, создавая тягу, которая приводила самолет в движение – он двигался по деревянному рельсу, набирая нужную для взлета скорость и поднимался в воздух.
Прежде чем братья Райт добились успеха, им пришлось побороться за признание приоритета первого полета. Так, Смитсоновский институт, одно из старейших научно-исследовательских и культурных учреждений США, несмотря на значимость и важность их работы, долго отказывался назвать их основателями авиации. В результате, возникли споры, которые даже привели к судебным процессам. Наконец, по прошествии времени, Райт добились своего. В настоящее время их самолёт экспонируется в Национальном музее авиации и космонавтики Смитсоновского института.
Конкурс США и первое испытание
Шанс показать новый аппарат в действии представился уже в 1907 году, когда военное командование США объявило конкурс для авиаконструкторов. Участникам предложили разработать военный аэроплан, который смогла бы взять на вооружение американская армия. Для этого требовалось выполнить несколько правил:
- Представить подробные чертежи с описанием основных особенностей аппарата – размеров, веса, скорости и устройства двигателя.
- Продумать конструкцию – легкую для сборки, разборки и транспортировки, рассчитанную на двух пилотов и дальность полета до 200 км со скоростью не менее 64 км/ч в условиях безветренной погоды.
- Самолет должен просто заводиться, легко взлетать и садиться на любой поверхности, в полевых условиях.
- Освоить вождение и обслуживание аппарата должно быть под силу любому интеллектуальному человеку.
- Конструкторам необходимо продумать систему безопасности, чтобы пилот спустился на землю, даже если на борту произойдет авария.
- Испытательный полет должен длиться не менее одного часа при наличии трех попыток.
- Испытания проводятся в Форт-Мейере, штате Вирджиния.
В конкурсе приняли участие изобретатели Д. Скотт, А. Херринг и братья Райт. В итоге для испытаний был выбран биплан «Райт-А». Первый полет состоялся 17 сентября 1908 года. В качестве пилота и пассажира выступили Орвилл Райт и лейтенант Армии США Томас Селфридж.
В назначенный день в Форт-Мейере собралось более 2,5 тысяч зрителей. Самолет поднялся в воздух, набрал нужную скорость в 64 км/ч и успел сделать три полных круга над плацем. Однако на четвертом круге, на высоте около 30 метров, произошло неожиданное повреждение одной из пропеллерных лопастей – отлетел кусок винта, раздалось два громких хлопка, самолет затрясло. Разрушение привело к потере управления, биплан перевернулся и упал на землю. Райт получил серьезные травмы, но остался жив, а Селфридж скончался, не приходя в сознание, через несколько часов после происшествия.
Первый рекорд
Разработки продолжились. Через год, в июле 1909 года состоялись новые испытания летательного аппарата Райт-А. В качестве пилота снова выступил Орвилл Райт. А пассажиром, принявшим участие в эксперименте, стал Фрэнк Лам, лейтенант Армии США и американский авиатор, внесший большой вклад в развитие авиастроения.
На этот раз испытательный полет прошел успешно. Участникам удалось установить новый рекорд: они пробыли в воздухе 1 час 12 минут и 40 секунд. После этого аппарат удачно приземлился, продемонстрировав удачную конструкцию. Через несколько дней совет экспертов, наблюдавших полет, заключил, что биплан соответствует требованиям и может быть взят на вооружение армии.
Так, можно уверенно сказать, что командование Армии США первым в мире заметило потенциал летательных аппаратов, заинтересовалось ими и, в конечном счете, после испытаний и ряда неудач нашло им применение, открыв возможности для дальнейших разработок, в том числе, в сфере гражданских перелетов, которым мы широко пользуемся сейчас.
Авиастроение России
Конец 19-го – начало 20-го веков – переломное время не только для мировой авиации, но и для авиастроения России, важность которого сильно возросла в период Первой мировой войны.
Поначалу Военное министерство России не спешило брать на вооружение летательные аппараты тяжелее воздуха, считая более перспективными уже проверенные аэропланы. Их производство и применение в армии было налажено, а внедрение новых самолетов требовало дополнительных ресурсов и времени. К тому же, они еще не зарекомендовали себя на практике. Однако начавшиеся испытания все больше показывали, что тяжелые аппараты нового типа могут стать альтернативой их легким предшественникам: они дальше летают и выполняют различные маневры в воздухе. Учитывая обстоятельства, военное руководство пересмотрело свои взгляды на возможность использования этих аппаратов в военных целях.
Весной 1908 года Главное инженерное управление дало оценку современным летательным аппаратам. В ней указывалось, что пока они не могут летать высоко и на дальние расстояния, поэтому их трудно применять для военных целей. Но в будущем, безусловно, их роль возрастет. О возросшем внимании к тяжелым самолетам говорит тот факт, что Военное министерство планировало купить несколько аэропланов у братьев Райт для дальнейшего изучения. Позже от этой идеи отказались: причиной стала гибель ученика братьев Райт, французского летчика Лефевра, во время испытаний в 1909 году.
В то же время есть свидетельства, что новые аэропланы стали все чаще использоваться российскими пилотами, несмотря на то что Военное министерство не считало их подходящими для военных целей. Так, в 1910 году Райт-А был представлен в Петербурге: летчик Н. Е. Попов поднялся на высоту 600 м и пробыл в воздухе 2 часа 4 минуты. Из Германии в Россию прибыл усовершенствованный аэроплан братьев Райт. Приобретя лицензию на их производство, немцы убрали передний руль, модернизировали хвостовую часть и закрепили колеса на полозах.
В этом же году была открыта гатчинская Офицерская воздухоплавательная школа. Для ее нужд в течение двух лет российские авиаконструкторы собрали несколько аэропланов двух вариантов с двигателями разной мощности (50-100 л.с.) – учебные и боевые. Таким образом, началась подготовка не только техники, но и летного состава, способного ей управлять.
Постепенно производство расширялось, стали появляться заводы-производители самолетов: предприятия Щетинина и Лебедева, московский «Дукс», отделение Русско-Балтийского завода. Благодаря этому уже в 1910 году в России было произведено около 30 аэропланов на основе зарубежных моделей, а также немало внимания было уделено разработке собственных вариантов. Некоторые проекты того времени никогда не увидели свет, однако, к концу года было построено до 90 аэропланов различных типов, а к 1914 году – уже не менее 200 новых конструкций.
Дальнейшее развитие
Состояние промышленности в 1910-1911 годах хорошо характеризует официальное письмо военного министра В. А. Сухомлинова председателю Совета министров В. Н. Коковцеву. Речь в нем шла о заказе партии новых аэропланов.
В нем генерал рассказывает, что министерство ставит цель собирать самолеты для обеспечения армии на базе отечественных заводов. При этом он говорит о важности поддержания качества. Вероятно, в условиях небольшого производства и опыта этот вопрос стоял достаточно остро. Тем не менее, по словам министра, военное ведомство уже сделало заказ Российскому товариществу воздухоплавания на 12 летательных аппаратов. В России были созданы пять управляемых аэростатов, два эллинга – сооружений для постройки и ремонта судов, 2000 труб для сжатого водорода – раньше все это производилось только за рубежом.
Сухомлинов отмечает, что в других странах, с развитием авиации, было создано много заводов и мастерских по производству самолетов и двигателей для них. Но большинство из этих предприятий, за исключением нескольких крупных, таких как Фарман и Блерио, оказались неэффективными и были закрыты, так как спрос на авиационные изделия не оправдал ожиданий.
В России тоже было создано несколько заводов, которые занимались производством самолетов. Некоторые из них входили в состав уже существующих предприятий. Эти заводы могли увеличивать или уменьшать производство, в зависимости от поступивших заказов, что делало их более конкурентоспособными. Кроме того, на таких заводах производство обходилось дешевле из-за сниженных накладных расходов. Самые известные из них – Русско-Балтийский вагонный завод, «Мотор», велосипедный завод акционерного общества «Дукс», Товарищество «Авиата».
В Петербурге был открыт завод первого российского товарищества воздухоплавания для производства аэропланов. Однако, как отметил министр, этот завод не мог конкурировать с остальными, так как у него не было заказов от частных лиц, и он не имел достаточный оборотный капитал. Кроме того, существовали мастерские, которые создавались при появлении заказа и закрывались после его выполнения. Исходя из этого, становилось понятно: чтобы обеспечить армию самолетами, необходимо создавать специальные отделы на крупных заводах.
Еще один вопрос, который остро стоял в это время – налаживание производства всех деталей самолетов. Российские заводы выпускали отдельные части, но моторы по-прежнему завозились из-за границы. По сообщению Сухомлинова, первый такой механизм, по образцу «Гном», выпустил завод «Мотор». Его испытали в Офицерской воздухоплавательной школе и получили хорошие результаты. В дальнейшем стояла задача совершенствовать производство моторов и наладить их массовый выпуск в России.
Формирование подразделений и материально-технической базы
Увеличение авиапарка требовало появления достаточного числа авиационных отрядов. Этим и занялось Военное министерство: осенью-зимой 1911 года оно создало в Чите отдельное подразделение при 4-й воздухоплавательной роте, более известное как «23-й корпусной авиационный отряд». А также 1-й Сибирский корпусной авиационный отряд при Сибирском воздухоплавательном батальоне в селе Спасское. Всего таких формирований в первые месяцы насчитывалось шесть. Они были разделены на крепостные и корпусные. Первые взаимодействовали с гарнизонами крепостей и должны были иметь восемь аэропланов в штате. Вторые выполняли задачи полевых армейских корпусов (разведывательные операции, поддержание связи, корректировка огня) и имели по шесть аэропланов и семь пилотов.
Для обеспечения материально-технической базы авиационных отрядов были созданы шесть авиационных рот. Руководить ими назначили командующих войск в гарнизонах. В мирное время авиационные роты использовались для тренировки военных пилотов, а во время боевых действий становились базовыми пунктами для материального обеспечения не только своих отрядов, но и других близлежащих. Для подготовки летчиков в 1911 году был создан временный авиационный отдел при Офицерской воздухоплавательной школе. В нем офицеры обучались теории и практике авиационного дела, а также ремонту самолетов. В сентябре 1912 года временный авиационный отдел был переведен в постоянный, а в июле 1914 года на его основе была создана Гатчинская военно-авиационная школа.
Также широкую известность получила Севастопольская офицерская школа авиации, выпускавшая военных пилотов. Ее открыли в 1910 году, выделив для обучения курсантов восемь аэропланов и земельный участок, на котором оборудовали аэродром. Уже через год, 26 октября 1911 года, состоялся первый выпуск из 24 пилотов. Кроме того, помимо этой школы, офицеров обучались в различных аэроклубах. Чтобы стимулировать их, Военное министерство выделяло клубам по 500 рублей за обучение каждого будущего летчика.
Подготовка военных пилотов за рубежом становилась все более популярной, особенно во Франции. Офицеры, направленные за границу на обучение, не только учились летному делу, но и изучали новейшие разработки в авиации, докладывая о них Военному министерству. Например, полковник Ульянин сообщил, что лучшими аппаратами для военных целей следует считать маленькие бипланы Фармана и монопланы Блерио. Полковник Немченко отчитался, что ему удалось получить обещание известных авиаконструкторов совершить полеты на их новейших аппаратах на большой высоте.
Также можно сказать, что несколько лет перед Первой мировой войной ознаменовались усовершенствованием системы управления воздушными и авиационными подразделениями.
Если до лета 1912 года управление вопросами воздухоплавания и авиации было прикреплено к инженерному департаменту Военного министерства, то уже в конце лета был создан отдельный орган, регулирующий все вопросы авиации. Он получил название «Воздухоплавательная часть Генерального штаба». На то время это был существенный шаг в развитии военной авиации в России, хотя, как в дальнейшем покажет история, такоесосредоточение всех функций в рамках одного уполномоченного органа продлится недолго.
В конце 1913 года функции Воздухоплавательной части Генерального штаба были перераспределены: часть задач перешла Воздухоплавательному отделению, часть – Отделу по устройству и службе войск. Авиационные отряды участвовали в маневрах и учениях армии, чтобы получить практический опыт использования военной авиации. Во время маневров Варшавского военного округа в 1911 году было задействовано несколько самолетов и дирижабль для разведки расположения условного противника. Результаты миссии, которая включала не только визуальную разведку, но и аэрофотосъемку, были положительными. Руководство отметило, что благодаря хорошо продуманной разведке удалось предоставить точную информацию о местонахождении войск.
Перед маневрами были разработаны специальные документы, в которых определились основные задачи и способы их выполнения силами авиации. Эти документы называют первой инструкцией по боевому применению авиации, которая была разработана Севастопольской офицерской школой и напечатана в типографии. Основные положения были отражены в Полевом уставе 1912 года, который предусматривал разведку и связь с использованием авиации. В 1911 году проводились эксперименты по оборудованию аэропланов радиопередатчиками для быстрой передачи разведывательных данных, что могло обеспечивать преимущество перед соперником. Военные теоретики также занимались вопросами ведения группового воздушного боя, действий авиации в столкновении с военно-морским флотом, применения тарана в воздушном бою и оснащения аэропланов бомбардировочным и стрелковым вооружением.
Первый военный опыт
Испытать свои силы летчикам впервые пришлось в период Первой Балканской войны 1912-1913 годов, когда Османской империи противостоял объединенный союз Греции, Болгарии, Сербии и Черногории. Из России в Болгарию отправился специальный отряд летчиков-добровольцев. Чаще всего, они выполняли разведывательные работы и помогали поддерживать связь, что в условиях боя очень было крайне важно. Кроме того, им поручались задачи по снижению морального духа солдат вражеской армии: они пролетали над позициями турецких войск и сбрасывали специальные листовки. Здесь же была опробована практика сброса авиационных бомб до 10 кг. Авиация показывала большую эффективность: об этом часто и много писали в периодической печати, и само военное командование высоко оценило первый успешный опыт. На его основе планировалось проводить подготовку новых авиационных отрядов в будущем, и он же сыграл большую роль в новом столкновении – Первой мировой войне, которая началась уже через год.
