Авиация России. Проекты, конструкторы, победы

Руководимая доводами Менделеева, комиссия полностью одобрила работы Можайского, указав, что он «в основание своего проекта принял положения, признаваемые ныне за наиболее верные и способные повести к благоприятным конечным результатам». Программа дальнейших изысканий Можайского была одобрена. Ему было ассигновано 3000 рублей для проведения опытов.

Наиболее трудной задачей, стоявшей перед Можайским, было создание нужного ему легкого, но мощного двигателя.

«Что же касается силы машины, – писал он, – то она должна быть наивозможно большая, так как только при быстром вращении винта может получиться быстрота движения аппарата, необходимая для разбега его по земле и для получения парения и, главное, для отделения аппарата от земли…»

Закончив экспериментальные работы, Можайский передал министерству проект первого в мире самолета. Началась обычная история. Проект обсуждался в разных инстанциях, но там господствовало недоверие, чуть ли не презрение к русской науке, к русской технике. Просьбы Можайского оставались без ответа.

Собрав личные средства, великий энтузиаст лётного дела приступил к постройке своего самолета.

Летом 1884 года аэроплан был готов, и состоялось его первое испытание на военном поле, в Красном Селе под Петербургом.

Конструктивно аппарат Можайского напоминал испытывавшиеся им модели и соответствовал описанию, данному в его «привилегии». К бортам деревянной лодки были прикреплены прямоугольные крылья, несколько выгнутые вверх. Деревянные переплеты крыльев обтягивал желтый шелк, пропитанный лаком. Три винта приводились в движение паровыми двигателями, расположенными в лодке. Самолет имел вертикальный и горизонтальный рули.

Для облегчения веса двигателя Можайский сделал пустотелыми коленчатый вал, штоки поршней. В результате по его проекту Русско-Балтийский завод создал двигатель, легче которого тогда не было в мире.

При испытаниях аппарата летом 1884 года близ Красного Села Можайский добился огромного успеха: скатываясь по деревянной наклонной плоскости, заменявшей беговую дорожку, самолет Можайского набирал необходимую для взлета скорость и летал над полем, отлично управляемый другом и помощником Можайского – механиком Голубевым. При одном из повторных опытов, приподнявшись и отделившись от земли, аппарат потерял равновесие и упал крылом на бок.

Таким образом, аппарат Можайского был первым в мире самолетом, на котором впервые человек поднялся в воздух, осуществляя свою вечную мечту.

Это было сделано задолго до француза Адера, англичанина Максима и американцев Райт, которым обычно приписывается честь первого полета.

Если с точки зрения обывателя опыты Можайского и казались в свое время неудачными, передовые люди того времени, как свидетельствуют их воспоминания, научные и технические работники, инженеры чувствовали в этих первых полетах нарождающуюся эпоху воздухолетания. Не важно, что эти полеты Можайского измерялись сотнями сажен, – важно то, что человек поднялся на воздух; все остальное было лишь вопросом дальнейшего технического совершенствования. И потому мы вправе считать нашу страну родиной первого самолета и Александра Федоровича Можайского – творцом летающей машины, совершившей динамический полет по воздуху с механическим двигателем.

В наше время строители самолетов, обладая огромным опытом предшественников и большим запасом теоретических знаний, все же делят труд конструктора самолета и конструктора мотора. Можайскому приходилось быть и мотористом и самолетостроителем, не имея в своем распоряжении ни нынешнего опыта, ни теоретических знаний. Но справиться с задачей у него хватило бы ума, дарования, сил.

Изобретателю первого в мире самолета, как и всем другим русским изобретателям в дореволюционной России, не хватало самого главного – поддержки, материальной помощи и внимания со стороны правительства.

Неверие в творческие силы страны, презрительное отношение ко всему русскому, преклонение перед всем иностранным характеризуют государственный строй царской России, в условиях которого отказывалось в поддержке и помощи русским ученым и изобретателям, замалчивались русские открытия и изобретения, трагически погибали великие дарования и таланты.

Можайскому не только не было оказано материальной помощи и моральной поддержки: самое имя его и совершенный им научный подвиг стали широко известными только в советское время, благодаря трудам советских исследователей. В 1914 году, когда уже не было никаких сомнений в том, что эра авиации наступила и между французами и американцами шли жаркие споры о том, кому принадлежит честь первого полета на аппарате тяжелее воздуха, коротенькая заметка о Можайском появилась лишь в специальной Военной энциклопедии, издаваемой И. Д. Сытиным. Она заканчивалась характерными строками:

«Дальнейших опытов не было за неимением средств. Аппарат Можайского интересен, как первая практическая попытка построить большой аэроплан».

В России было понято раньше всех и глубже всех, что практическое осуществление тысячелетней мечты должно быть основано на науке, что овладеть воздушным океаном можно, лишь изучая, исследуя законы, которым он подчиняется.

Несмотря на замечательнейшие труды русских ученых и конструкторов, на крупные успехи первых русских летчиков, авиация в царской России, как мы увидим дальше, не получила должного развития. Царские чиновники предпочитали закупать за границей хотя бы и устаревшие самолеты, нежели строить свои, оказывать поддержку и помощь русской авиационной науке и технике. Только после Великой Октябрьской социалистической революции началось бурное развитие отечественной авиационной науки и техники. Октябрьская революция сняла все путы с творческой мысли наших ученых и инженеров, открыла безграничный простор творческой инициативе и предоставила в распоряжение науки и техники необходимую ей материальную базу.

Первые русские аэродинамики

В последний год XIX века открылась грандиозная Всемирная выставка в Париже. Здесь же впервые был созван Первый всемирный воздухоплавательный конгресс. На конгрессе присутствовал русский ученый, профессор Н. Е. Жуковский. В его письме к матери есть очень краткая и в то же время исчерпывающая характеристика научного значения конгресса. Человек большой скромности, предпочитавший всегда преувеличить чужие заслуги, нежели их умалить, он все‐таки пишет:

«Два дня провел я уже на заседаниях и демонстрациях Воздухоплавательного конгресса. Открылся он в Медоне 15 сентября по новому стилю, а 16‐го были заседания в Академии наук. С теоретической стороны конгресс представляет не особенно важную силу».

Русскому ученому можно поверить в этой оценке.

Между тем в России в это время имелся не только целый ряд ученых, занимавшихся решением основных проблем авиации, – создавалась русская аэродинамическая школа, устанавливавшая основные законы сопротивления воздуха и подъемной силы.

Мы привыкли, что история русской науки, о какой бы из областей ни шла речь, начинается с Ломоносова, и счастливы отметить, что аэродинамика не является исключением из этого правила.

Воздушный змей, как известно, служил Ломоносову в опытах с электричеством. В 1751 году Ломоносов построил анемометр – прибор для определения силы ветра, а в 1754 году он устраивал самопишущую метеорологическую обсерваторию и тогда же в Академии наук сделал заявление об изобретенной им машине. При помощи крыльев машина эта должна была поднимать самопишущие приборы для исследования верхних слоев атмосферы. Крылья приводились в движение часовым механизмом.

Аэродромическая машина Ломоносова, по собственноручному его чертежу.

По сути дела это был первый в мире геликоптер. В протоколе конференции он описан так:

«Высокопочтенный советник Ломоносов показал изобретенную им машину, называемую им аэродромической, которая должна употребляться для того, чтобы с помощью крыльев, движимых горизонтально в различных направлениях силой пружины, какой обычно снабжаются часы, нажимать воздух, отчего машина будет подниматься в верхние слои атмосферы с той целью, чтобы можно было исследовать условия верхнего воздуха посредством метеорологических машин, присоединенных к этой аэродромической машине. Машина подвешивалась на шнуре, протянутом по двум блокам, и удерживалась в равновесии грузиками, подвешенными с противоположного конца. Как только пружина заводилась, машина поднималась на высоту и потому обещала достижение желаемого действия. Но это действие, по суждению изобретателя, еще более увеличится, если будет увеличена сила пружины и если увеличить расстояние между той и другой парой крыльев, а коробка, в которой заложена пружина, будет сделана для уменьшения веса из дерева. Об этом изобретатель обещал позаботиться».

В декабре того же года Ломоносов сообщал в своем отчете о том, что облегчение машины еще не «привело к желаемому концу», но дальнейшей работе над изобретенной им машиной Ломоносову помешали другие неотложные занятия.

К современной экспериментальной аэродинамике ближе подходят опыты другого нашего академика, метеоролога Михаила Алексеевича Рыкачева.

Рыкачев учился в Морском кадетском корпусе и затем окончил Морскую академию. По окончании ее он получил командировку за границу и работал в Гринвичской обсерватории. Заинтересовавшись изучением верхних слоев атмосферы, Рыкачев, еще будучи лейтенантом русского флота, в 1870 году организовал впервые в России полеты на воздушных шарах с научной целью и неоднократно поднимался на них сам.

В 1871 году Рыкачев провел целый ряд опытов над подъемной силой винта, вращаемого в воздухе, имея в виду постройку самолета. Он сконструировал специальный прибор с четырьмя деревянными крыльями. Их приводила в движение огромная пружина, весом в 5,5 килограмма. С помощью этого прибора исследователь хотел определить зависимость между поднимаемым грузом и мощностью машины, найти наиболее выгодный «уклон» плоскостей для поднятия наибольшего груза, рассчитать размеры крыльев.

Многое ему удалось и найти и понять.

Однако Рыкачев принадлежал к тому типу работников науки, которые, ограничиваясь собиранием фактов и наблюдений, производством экспериментов, не решаются на смелые обобщения и теоретические построения. В свое время существовала даже целая научная школа с таким чисто опытным направлением деятельности. Характеризуя Рыкачева как представителя этой школы в России, Менделеев писал о ней:

«Школа эта до крайности почтенна и достойна удивления по тому смирению, с которым она принимает факты, по той готовности, с которою она их отчасти обрабатывает, собирает необходимый строительный запас для возведения здания… Некоторым ученым этой школы должны казаться чуть ли не посягательством обобщения факта: они привыкли их собирать и много-много что выводить из них среднее число; они желают находить опытные законы и пробуют даже иногда выводить теоретические обобщения, но видели не раз падение своих сооружений, сложенных из кирпича без цемента, и – изверились в возможность охватить целое».

Без глубокого и ясного обобщения, без стройного теоретического объяснения опыты Рыкачева не получили в свое время широкой огласки, как не получили они и должной оценки. Однако другой русский аэродинамик, В. Н. Спицын, в докладе на собрании Русского технического общества признавал, что Рыкачев «путем весьма точных и изящных опытов доказал, что с помощью винта даже при существующей тяжести паровых машин подъем в воздух не невозможен».

Большой вклад в аэродинамическую науку сделал Д. И. Менделеев.

«Меня так заняла гордая мысль, – писал Дмитрий Иванович, – постичь законы наслоения воздуха при нормальном состоянии атмосферы, что я временно оставил все другие занятия и стал изучать аэростатику».

Свою мысль Менделеев, как известно, осуществил. Он поднялся на высоту свыше трех тысяч метров во время солнечного затмения в 1887 году. В отчете об этом полете Менделеев и высказывает свое убеждение в том, что «главную подготовку для овладения воздушным океаном, первое орудие борьбы составляет знание сопротивления среды…»

Основным вопросом аэродинамики – вопросом сопротивления среды движущемуся телу – Менделеев занимался много лет. Свои теоретические выводы он изложил в книге «О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании». Книга была задумана им как пособие для осуществления практических задач, при разрешении которых вопросы сопротивления воздуха имеют величайшее значение.

В то время не только о сопротивлении воздуха никто ничего толком не знал, но очень мало знали даже о законах сопротивления жидкой среды. «Оказалось, – писал Менделеев, – что корабли строят и до сих пор ощупью, пользуясь многоразличною практикой, а не расчетом, основанным на теории или опытах сопротивления».

Менделеев первый пришел к замечательному выводу, что «опыты с водою дополняют и дополняются опытами с воздухом», а данные для сопротивления воды, учитывая различную плотность воды и воздуха, можно применить и к воздушной среде.

Для зоркого ума Менделеева характерно, что уже в свое время он указывал на те трудности, которые станут перед практиками летания по мере увеличения скорости и высоты полета. Он предвидел, что с достижением некоторой большой скорости «сопротивление всякой жидкости будет возрастать быстрее, чем до этого». С этим явлением и столкнулись самолетостроители, когда скорости стали приближаться к звуковым, то-есть к скоростям распространения звука, а скорость звука – около тысячи двухсот километров в час.

Глубоко проникая в сущность воздушной стихии, Менделеев непоколебимо был убежден в конечном успехе авиации.

«Но как, идя на войну, надо предварительно узнать и приготовить многое, чтобы успех был возможен, потому что одного порыва, доброй воли и храбрости для успеха мало, хотя без них вся внешняя подготовка может быть напрасною, так и в каждом научном завоевании, – писал Дмитрий Иванович, – успех возможен только при надлежащей подготовке, соединенной с твердой уверенностью в необходимости, пользе и благе от предпринимаемой борьбы с природными силами – слабыми внешними силами, сильными лишь этой уверенностью. Главную подготовку для овладения воздушным океаном, первое орудие борьбы составляет знание сопротивления среды, или изучение той силы, против которой придется бороться, побеждая ее соответствующими средствами, в том же сопротивлении берущими свое начало».

Первые русские аэродинамики, как теперь, после многолетнего практического опыта, мы можем судить, были совершенно правы в своих умозаключениях. Но верить приходилось им на слово, а такого доверия в делах науки вообще не бывает. Научно установленной и доказанной закономерность явления мы считаем только тогда, когда, создавая нужные условия искусственным путем, в лабораторном порядке, мы можем по нашему желанию вызвать и изучить это явление или когда наши теоретические выводы подтверждаются исследованием природных явлений.

Несомненно, что теоретические основы авиации, столь рано созданные у нас, представляли собой очень важную силу, но ей не хватало экспериментальной базы, лабораторий, научного опыта.

Тем удивительнее для нас теперь та настойчивость и то вдохновенное чутье, с которым продолжали экспериментировать русские люди, отыскивая законы воздушных стихий.

О некоторых из них дошли до нас сообщения почти случайным путем. Счастливому случаю обязаны мы и знакомством с первым русским авиамоделистом, прекрасный рассказ о котором оставил нам все тот же неутомимый русский человек – Дмитрий Иванович Менделеев.

Рассказ этот предназначался Дмитрием Ивановичем в качестве предисловия к небольшой книжечке В. В. Котова «Самолеты-аэропланы, парящие в воздухе».

Приводим его целиком.

Авиамодели и их значение

«В конце истекшего февраля 1895 года, – рассказывает Менделеев, – однажды вечером ко мне вошел седой господин невысокого роста с приемами и речами самыми скромными, явно уже поломанный жизнью. Рекомендовался он помощником столоначальника в департаменте министерства финансов Виктором Викторовичем Котовым и просил уделить ему немного времени, чтобы просмотреть принесенные им „самолеты-аэропланы“ и посоветовать, что ему дальше с ними делать. Отказать не было поводов, и Виктор Викторович стал вынимать друг за другом десятки легких, плоских бумажных фигур, закрепленных с передней стороны на тонких (какие употребляются для плетеных сидений стульев) и упругих полосках камыша.

Разложив их в порядке на столе, Виктор Викторович взял первую попавшуюся, встал посередине комнаты, расположил, держа за края, плоскость фигуры горизонтально и, опустив пальцы, предоставил фигуру падению… Она полетела вперед жестким ребром, но ровно и спокойно, слабо понижаясь, и села на диван, как сделала бы это стрекоза или летучая мышь.

Так он перебрал все принесенные „самолеты“, и все летели – одни скорее, другие тише, одни почти прямо горизонтально, другие то немного поднимаясь, то опускаясь, третьи видимо по нисходящей кривой, четвертые по заметно восходящей траектории, переходящей в нисходящую.

Все они были делом его собственных рук и слушались их. Немного погнет он или крылья, т. е. боковые края фигур, или особые в хвосте приделанные рули и этим заставляет лететь вправо или влево, а то волнообразно порхать или стремиться прямо вперед. Взял и я одну, у которой приделан был сзади небольшой мягкий бумажный хвост, взял за этот хвост, чтобы висела жестким камышовым ребром вниз, плоскостью вертикально, и опустил над столом, от которого фигура отстояла вершков на пять. И она, отпущенная, повернула горизонтально и, не задев стола, полетела вдоль его так же плавно, как и прежде. Пускал я ее и спинкой вниз и в разных кривых положениях – всякий раз сам собой самолет выпрямится и, если надо, повернется, чтобы встать в нормальное положение, выровняется почти параллельно с горизонтом и полетит, как и в том случае, когда отпущен в горизонтальном положении вогнутой спиной вверх.

Простота прибора, его замечательная устойчивость на ходу, великое подобие полета с парением птиц, летучих мышей и некоторых насекомых и то обстоятельство, что все виденное мною и мне более или менее известное в отношении аэропланов гораздо сложней и запутанней, чем показанное г. Котовым, заставили меня не только все это высказать ему, отнестись к его труду с должным вниманием и одобрением, но и разговориться с ним о том, чем он руководствовался, какие делал первые и дальнейшие попытки, как думает об увеличении размеров, каким путем предполагает достичь получения иной движущей силы, кроме падения, и т. п.

Ответы г. Котова показались мне очень достойными внимания, и я не распространяюсь о них только потому, что большая часть их изложена самим Виктором Викторовичем в предлагаемой брошюре, которую он писал по моей просьбе и охотнейшим образом предоставил напечатать.

Будучи далек от мысли о том, что найденное Котовым решает совокупность трудных задач, представляемых столь давним стремлением людей летать в воздухе, т. е. вовсе не думая, что после г. Котова вот завтра полетят люди, тем не менее я вижу в том, что сделано г. Котовым, ручательство в возможности твердых дальнейших опытов и попыток, направленных к желаемой цели, особенно ввиду устойчивости его приборов в воздухе. Поэтому, со своей стороны, я посоветовал ему решить прежде всего вопросы: желает ли он только вложить свое имя, свои труды и успехи в общий запас сведений, касающихся воздухоплавания, или же хочет по возможности эксплуатировать найденное. В первом случае – все это дело следует изложить и опубликовать, а самому продолжить развитие опытов по накопившимся у него взглядам и намекам, т. е. встать в число многих, уже ищущих решение задач воздухоплавания при помощи аэропланов. Для такого способа действия нет никаких внешних преград, а самое издание брошюры г. Котова не могло представить задержки; время не будет при этом потеряно.

Во втором случае, т. е. при стремлении прямо эксплуатировать уже найденное, следует взять привилегии и позаботиться сделать на основании их что‐либо такое, продажа чего окупила бы расходы, и тогда надо немало времени, денег, затраты сил и особой находчивости практического свойства.

В ответ на вышепоставленный вопрос сказался человек, потому что г. Котов прямо и сразу признал второй путь ему несимпатичным, а первый, если можно его осуществить, совершенно для него удовлетворительным. Эта брошюра и является плодом такого решения.

Так как в предлагаемой брошюре г. Котова не говорится ни о весе, ни о размерах, ни о скоростях его самолетов, то я считаю не излишним прибавить, что я вымерил в этом отношении два из них, оба из числа малых.

Оба эти экземпляра самолетов летают очень плавно и очень легко, сами уравновешиваются в воздухе, т. е. опрокинутые и отпущенные, перевертываются и летят далее прямо, повернувшись вогнутой спинкой кверху. У одного из таких самолетов при общей поверхности около 80 см2 вес равен 6 дцг, а скорость полета около 1,2 м/сек. У другого поверхность около 285 см2, вес около 1,9 г и скорость полета около 2 м/сек.

В заключение замечу, что для практического применения аэропланов Максима и подобных ему недостает поныне опытных данных со столь устойчивыми в воздухе, каковыми являются самолеты г. Котова, а потому я полагаю, что возможно точное изучение нарочито устроенных моделей самолетов г. Котова (с переменными центрами тяжести и сопротивления и с изменчивым весом) может содействовать успешному применению аэропланов к искусственному воздухоплаванию. Та настойчивость, усидчивость, с которой г. Котов достиг своими личными попытками относительного успеха, дает повод думать, что он, если бы у него была возможность производить сложные, точно выполненные модели самолетов, мог бы внести много новых и полезнейших данных».

При своей глубокой отзывчивости и огромном интересе к вопросам авиации и воздухоплавания великий русский ученый взял на себя труд издать книгу Котова.

Книга на собственный счет Менделеева начала было печататься в том же, 1895 году, но затем Котов вдруг переменил свое мнение и решил взять патенты на свои модели, так что печатание брошюры Менделеев прекратил.

На сохранившихся в архиве Менделеева листках этой книги рукой Дмитрия Ивановича сделана коротенькая надпись, в конце которой говорится о судьбе Котова:

«В 1898 г. он помер, а перед смертью приходил извиняться, что поступил неладно. Хороший был старик, и мне хотелось его выдвинуть, но не удалось».

В свете того огромного значения, какое приобрело изучение летающих моделей для развития аэродинамической науки и всего лётного дела, нельзя не пожалеть о том, что опубликование книги Котова не состоялось и его парящие аэропланы не сослужили авиации той службы, которую могли бы сослужить.

Огромное значение авиамоделизма не уменьшилось и до наших дней, несмотря на все достижения авиационной науки и техники.

«Авиамодельное дело является не забавой, а серьезным научным методом усовершенствования самолетов, – говорил академик Б. Н. Юрьев, выступая однажды перед группой пионеров-авиамоделистов. – Я начал работать с моделями очень давно, еще на заре авиации. С тех пор прошло уже тридцать лет, а я еще продолжаю испытывать модели; правда, мои теперешние модели обычно сами летать не могут, потому что это модели строящихся самолетов. Их приходится испытывать в подвешенном положении в аэродинамических трубах, где на них набегает мощный поток воздуха.

Вы все знаете, что в настоящее время перед постройкой новых самолетов делают подробные испытания их моделей в аэродинамических трубах. Эта методика сейчас весьма хорошо разработана, и во многих государствах имеется по нескольку десятков таких труб со сложным оборудованием. Все успехи самолетостроения связаны в настоящее время с опытами в аэродинамических трубах.

Однако в последние годы конструкторам приходится сильно интересоваться вопросами устойчивости и управляемости самолетов. Эти вопросы очень трудно решить в аэродинамической трубе. И вот теперь ученые начинают делать точные летающие модели самолетов и тщательно изучают их полет. Этим способом можно решить вопросы управляемости, устойчивости, маневренности и многие другие. Для изучения штопора, например, заставляют модель штопорить в большой вертикальной трубе; тогда она лишь вертится, а не опускается вниз. Модель можно фотографировать с помощью кино, в нее можно вмонтировать маленький автомат, перекладывающий через несколько минут ее рули, и таким образом можно изучить вопрос, как надо управлять самолетом для вывода его из штопора.

Таким образом, научные работники начали сейчас строить летающие модельки самолетов, то-есть делать то, чем занимаетесь и вы. Здесь ученые многому могут научиться у вас, добившихся в этом деле мировых рекордов».

Насколько все это справедливо, мы увидим дальше, сейчас же мы только заметим, что и аэродинамическая труба была построена в России очень давно, в 1887 году.

Построил эту трубу Константин Эдуардович Циолковский.