Крылья Лилиенталя
Первым, кому удалось осуществить полеты на планере, был немецкий инженер и изобретатель Отто Лилиенталь. Прежде чем построить планер, Лилиенталь долго изучал законы полета птиц. Он заметил, что крыло птицы, в отличие от воздушного змея, имеет изогнутый профиль. С помощью опытов немецкий исследователь установил, что такое крыло создает большую подъемную силу, чем плоское. Результаты своих наблюдений он описал в книге «Полет птиц как основа искусства летать».
Летом 1891 г. в холмистой местности к югу от Берлина Лилиенталь совершил первые полеты на сконструированном им планере. Это был легкий аппарат из ивы, бамбука и полотна, напоминавший по форме птицу. Планерист поднимался в воздух, разбегаясь против ветра с планером в руках вниз по склону холма. В полете он держался руками за крыло, управляя аппаратом наклонами нижней части тела вправо-влево или вперед-назад. Эти полеты Лилиенталя длились всего несколько секунд. Но постепенно росло его мастерство, совершенствовалась конструкция планеров. К середине 90-х годов дальность полета достигала уже 200–250 м.
Научные опыты Лилиенталя и особенно его полеты на планере вызывали всеобщий интерес. Среди тех, кого привлекли работы немецкого исследователя, были также ученые и изобретатели из России.
Правящие круги нашей страны в то время мало интересовались проблемами динамического полета, основные усилия направлялись на развитие аэростатов, поэтому деятельность приверженцев летательных аппаратов тяжелее воздуха не находила поддержки со стороны государства. Однако среди членов общественных организаций — Воздухоплавательного отдела Императорского Русского технического общества (ИРТО), основанного в Петербурге в 1880 г., и исследовательской группы при кабинете механики Московского университета, созданной в 1889 г. по инициативе профессора Н. Е. Жуковского, было немало сторонников птицеподобных машин.
О. Лилиенталь
О книге Лилиенталя «Полет птиц как основа искусства летать» в России узнали из сообщений Е. С. Федорова и Н. Е. Жуковского в 1890 г.
Евгений Степанович Федоров был членом воздухоплавательного отдела ИРТО, активным сторонником летательных аппаратов тяжелее воздуха. Он занимался изучением полета птиц, хорошо знал немецкий язык, и не удивительно, что книга Лилиенталя сразу же привлекла его внимание. В 1890 г. Федоров сделал доклад о работах немецкого исследователя на заседании воздухоплавательного отдела ИРТО, в том же году доклад был опубликован в трудах общества. Изложив содержание книги Лилиенталя, Федоров высоко оценил ее значение. Он писал: «Свою идею г. Лилиенталь развил так полно, так логично и последовательно, что труд его навсегда останется ценным памятником в истории техники воздухоплавания.
<…> Лишь следуя по тому пути, по которому шел Лилиенталь, мы придем к желаемому результату, и долго лелеемая человеком мечта носиться по воздуху наподобие птиц осуществится на деле».
Федоров предложил повторить опыты Лилиенталя для подтверждения его вывода о том, что изогнутая поверхность развивает большую подъемную силу по сравнению с плоской. Эксперименты проводились в 1891–1892 гг. на средства ИРТО. Е. С. Федоров измерял силу, действующую на исследуемые поверхности в ветреную погоду, а другой член Общества, В. В. Кузнецов, определял подъемную силу поверхностей, установленных на тендере движущегося паровоза. Несовершенство измерительных приборов не позволило получить точные данные, но в целом опыты подтвердили аэродинамические преимущества изогнутых поверхностей.
Пропагандистом и популяризатором идей Лилиенталя среди энтузиастов авиации в Москве был выдающийся ученый-механик профессор Николай Егорович Жуковский. Он начал интересоваться проблемами полета в 80-е годы. По сведениям биографа ученого, его племянницы Е. А. Домбровской, еще в начале 80-х годов Жуковский экспериментировал с крыльями, сделанными из бамбуковых тростей, обтянутых материей. Привязав к себе крылья, он садился на велосипед и, съезжая под уклон, оценивал действие аэродинамических сил.
Однако всерьез Жуковский стал заниматься вопросами авиации после участия в Воздухоплавательном конгрессе в Париже в мае 1889 г. В этом же году ученый организовал опыты с летающими моделями в Московском университете и сделал свой первый доклад о проблемах полета.
Таким образом, время опубликования книги Лилиенталя «Полет птиц как основа искусства летать» совпали с началом систематических научных исследований Жуковского в области авиации. Известно, что ученый имел эту работу в своей библиотеке и часто пользовался ею. В начале 90-х годов в письме своему другу А. А. Микунину он писал: «…забыл у тебя очень нужную мне книжку Отто Лилиенталя; буду просить тебя послать мне ее по почте, так как я теперь пишу работу именно об этой книге — „Теория аэропланов на основании кривых Лилиенталя“».
7 ноября 1890 г. Жуковский сделал доклад «Об исследованиях Лилиенталя о летании» на заседании Общества любителей естествознания при Московском университете. Это было первое из серии его сообщений о немецком пионере авиации.
Знакомство с трудами Лилиенталя было для Жуковского, вероятно, одним из стимулов заняться изучением полета птиц. В опубликованной в 1892 г. статье «О парении птиц» ученый дал подробный анализ законов движения птиц с неподвижно распростертыми крыльями при различных атмосферных условиях, математически доказал возможность выполнения «мертвой петли» в воздухе.
Это было первое научное исследование по динамике полета. В этой статье и в последующих своих работах Жуковский подчеркнул значение экспериментальных исследований Лилиенталя. Он, в частности, указал на важность открытия достоинств искривленного профиля, отметил удобство графического способа изображения аэродинамических сил в виде кривой, получившей позднее название «поляра Лилиенталя». Вместе с тем, являясь превосходным ученым-аналитиком, Жуковский заметил некоторые неточности в книге Лилиенталя. Так, в 1899 г. в письме члену ИРТО С. И. Квятковскому он написал, что не согласен с выводом Лилиенталя о возможности возникновения пропульсивной (направленной вперед) аэродинамической силы на искривленном профиле крыла.
Как и Федоров, Жуковский не ограничился теоретической оценкой аэродинамических исследований Лилиенталя. Он заказал в Москве у мастера Трындина специальный прибор для экспериментальной проверки выводов немецкого исследователя. Прибор был установлен в кабинете механики Московского университета.
Е. С. Федоров
Н. Е. Жуковский
