Мускулолет создали сравнительно недавно – просто потому, что не было достаточно легких и одновременно прочных материалов, чтобы поднять в воздух конструкцию, которую смог бы приводить в действие человек. Лишь когда появились такие материалы, как карбон, кевлар и углеволоконные трубки, полеты на мускулолетах стали возможны. Обычно сам аппарат весит не более 30 килограммов. Однако конструкция обладает одним серьезным недостатком – она слишком хрупка, легко ломается – особенно при взлете и посадке. Сами посудите: аппарат имеет размах крыльев 35 метров, площадь крыла около 40 квадратный метров, машина снабжена винтом в два метра диаметром, на земле она неуклюжа, и требуется завидное мастерство, чтобы поднять ее в воздух или посадить. При взлете, чтобы крылья не повредились и не касались земли, их приходится поддерживать с двух сторон. Зато, если мускулолет поднялся в воздух, человек ощущает себя настоящей птицей, потому что летит в этом аппарате сам, за счет своей силы, вращая педали. Через цепную передачу вращательное усилие передается на винт. При попутном ветре такой мускулолет может мчаться со скоростью 90 километров час. В июне 1979 года мускулолет «Паутиновый альбатрос» (вся конструкция для придания жесткости была окутана прочным тросом) совершил перелет через пролив Ла-Манш, дальностью 37 километров. В 1987 году американец Глен Треммл на аппарате «Сияющий орел» пролетел по замкнутому кругу 58 километров 660 метров. Год спустя был установлен новый рекорд дальности полета на аппарате под названием «Дедал-88». Этот мускулолет создали в Массачусетском технологическом институте, а пилотом стал грек Канеллос Канеллопулос. Протяженность перелета по маршруту Дедала с острова Крит на материк оказалась немногим более 115 километров. Полет длился почти четыре часа.
Современный вид мускулолета. Мускулолет «Дедал»
Сейчас полеты на мускулолетах – экзотический вид спорта. Поднять в воздух и пролететь небольшое расстояние может практически любой человек, находящийся в хорошей физической форме, но машина дорога и непрактична. По сравнению с легким и удобным дельтапланом мускулолет явно проигрывает. Однако создатели этой конструкции все же доказали: человек может подняться в воздух только за счет своих собственных сил.
Жаль, что Леонардо не довелось увидеть, как подобная большая птица начинает свой полет.
Что касается орнитоптеров, то есть машин, машущих крыльями, то попытки их построить продолжаются до сих пор. Наибольшую известность получили два проекта. Американский конструктор Пол Маккриди, известный тем, что сконструировал мускулолет, перелетевший в 1979 году Ла-Манш, построил в 1986-м модель птерозавра (то есть крылатого ящера). Запускалась она с помощью катапульты, затем планировала, включались машущие крылья, но так, чтобы их медленные движения не мешали планировать. Это была лишь внешняя имитация машущего полета. Второй проект разрабатывался американо-канадской группой, возглавляемой профессором Торонтского университета Джеймсом Делоуриером. В сентябре 1991 года они продемонстрировали полет радиоуправляемой модели весом 3,36 кг. Затем в 2010 году их орнитоптер сумел пролететь 145 метров. Но опять же его подняли в воздух, разгоняя с помощью автомобиля.
Так что у орнитоптеров все еще впереди.
Вертолет Леонардо да Винчи и создание современного вертолета
Среди архивов Леонардо особой популярностью пользуются записи касательно вертолета, или так называемого воздушного винта.
Механизм Леонардо – дальний предок современного вертолета, в воздух он должен был подняться за счет вращательного движения. Радиус винта – около 4,8 метра. Несущая поверхность винта сделана из полотна с металлической окантовкой. Предполагалось, что в нижней части механизма находятся люди, они движутся по кругу и толкают рычаги, как это делалось когда-то на древних мельницах. Можно было запустить винт также и с помощью троса под осью.
Вообще, во времена Леонардо – и, судя по всему, задолго до него – существовала детская игрушка: палочка с пропеллером: покрутил в руках, она – раз – и полетела вверх. К то ее придумал, неизвестно; есть сведения, что такие игрушки использовались аж в 400 году в Китае.
А вот во Флоренции в XV веке «вертолетики» были популярны – сохранились их изображения. Так что Леонардо просто решил увеличить забавную вещицу до размеров солидного механизма.
Леонардо да Винчи. Воздушный винт
«Я думаю, что если этот механизм добротно сделан, – писал Леонардо, – то есть сделан из накрахмаленного полотна… и быстро раскручен, то он найдет себе поддержку в воздухе и взлетит высоко вверх».
Вертолет Леонардо может летать… но только без людей. Если в качестве «двигателя» использовать мощную пружину, тогда «вертолет» может подняться в воздух, пускай и на короткое время. При этом люди, раскручивающие винт, останутся на земле и просто будут любоваться полетом, который, увы, закончится аварией – такая конструкция не сможет плавно опуститься на землю, не сломавшись.
Конструкция Леонардо не имела пропеллера – в его схеме используется винт Архимеда. С современным вертолетом машину Леонардо роднит только вертикальный взлет.
А что было дальше, спросите вы…
Как всегда – множество изобретателей пытались решить проблему, к которой Леонардо лишь прикоснулся.
Михаил Ломоносов в 1745 году пришел к идее использовать летательный аппарат тяжелее воздуха для доставки регистрирующих приборов в верхние слои атмосферы. С этой целью он построил и испытал первую действующую модель вертолета – «аэродромическую машину». Модель Ломоносова содержала основные элементы современного вертолета – прежде всего, два винта, чтобы компенсировать реактивный момент. Однако его машинка так и осталась моделью.
Машина Ломоносова, 1754 год
Реальные работы по созданию вертолета начались только в XIX веке. «Карманную» модель геликоптера создали французы – естествоиспытатель Бенуа Лонуа и физик-механик Жерар Бьенвеню, которые, естественно, ничего не знали о наследии инженера да Винчи. Детище французских изобретателей, которое оснащалось четырехлопастным винтом, легко поднималось в небо за счет раскручивания пружины, изготовленной из китового уса. Затем прадедушек современных вертолетов стали приводить в движение паровыми двигателями и электромоторами.
Вообще, в XIX веке многие работали над конструкцией вертолета. Русский ученый Н. Е. Жуковский разрабатывает теорию и публикует одну за другой работы по теории полетов, в том числе и вертолетов (геликоптеров). Одновременно появилось большое число различных проектов.
Да, многие работали над созданием вертолетов, но получить работающую модель не смог ли. Несмотря на все старания конструкторов, вертолеты не желали летать. Только в 1907 году французские конструкторы Луи Шарль Бреге (вместе со своим братом Жаком) под руководством профессора Шарля Роше подняли в воздух четырехвинтовой вертолет. Поднять-то подняли, а вот заставить летать не могли. С другими конструкциями происходило то же самое – они взлетали вверх, порой на большую высоту, но двигаться вперед не желали, а в итоге разбивались.
В начале XX века Игорь Сикорский в России занялся строительством вертолетов и даже сумел поднять свою конструкцию в воздух, но не смог поднять на ней пилота. В итоге построенные им вертолеты опять же разбились.
В 1912 году на выставке в Москве Борис Николаевич Юрьев, студент, ученик профессора Н. Е. Жуковского, продемонстрировал вертолет, за который получил золотую медаль. Им был придуман и применен автомат перекоса лопастей винта, который используется в современных вертолетах.
Во время Первой мировой войны профессор аэродинамики Теодор фон Карман и лейтенант Штефан Петроши (иногда пишут Петроцци) в Австро-Венгрии сделали вертолет, который поднимался на 50 метров и держался в воздухе в течение часа.
В 1922 году Георгий Александрович Ботезат (или Джордж де Ботезат), американский конструктор русского происхождения, построил свой четырехвинтовой вертолет в авиационном центре в Дейтоне, в США. Тяжелый аппарат мощностью 170 лошадиных сил, способный нести трех пассажиров, успешно поднялся в воздух на высоту в несколько метров и устойчиво управлялся, совершив в 1922 и 1923 годах более ста полетов. Это был первый вертолет американских ВВС и первый успешно совершивший управляемый полет. Однако американские военные предпочли воздержаться от дальнейшего финансирования исследовательских работ по вертолетам, считая их серийное производство преждевременным.
Во время испытаний, проведенных в 1932 году, вертолет, созданный советскими конструкторами, поднялся на высоту 600 метров.
Но опять же в серию он так и не пошел. Надо всегда помнить, что от создания опытного образца, пусть самого замечательного и перспективного, до появления серийной машины, которую можно использовать в военных или хозяйственных целях, – порой «дистанция огромного размера».
В чем же особенность конструкции вертолетов, почему возникали такие трудности, почему не сразу удалось «заставить» винтокрылые машины лететь по заданному маршруту?
В вертолете вращение к несущему винту передается от одного или двух двигателей через трансмиссию и приводной вал. При этом возникает реактивный момент, который стремится закрутить вертолет в сторону, противоположную вращению несущего винта. Для противодействия реактивному моменту, а также для задания направления используется либо рулевое устройство, либо пара синхронизированных винтов, вращающихся в разных направлениях. В качестве рулевого устройства обычно используется небольшой вертикальный рулевой винт на конце хвостовой балки. Вы наверняка видели, как в боевике какой-нибудь ловкий снайпер сносит метким выстрелом этот маленький винт на хвосте. Что происходит после этого? Вертолет становится неуправляемым и начинает вращаться под действием реактивной силы. Вот этот-то маленький винт на хвосте и заставил винтокрылую машину двигаться вперед!