2020-09-24
223
Тщательное изучение механизма полета птиц натолкнуло Леонардо да Винчи на верную мысль о том, что основная тяга создается концевыми частями крыла. По-видимому, в результате этого появился проект орнитоптера с крылом, состоящим из двух шарнирно соединенных частей - более подвижных консолей и ограниченно подвижного центроплана (1497-1500 гг.). Взмахи долж ны были осуществляться законцовками, составляющими около половины общей площади крыла.
(1) В действительности с помощью рычажной передачи можно получить выигрыш в силе, но не в мощности.
Проект машины с частично фиксированным крылом явился первым шагом в зарождении концепции самолета. Однако эта и другие замечательные идеи Леонардо да Винчи в области теории и практики механического полета остались на много веков захороненными в его рукописях и получили широкую известность лишь в конце ХIХв., когда они уже не могли дать ничего нового для развития авиации. (1)
Идея орнитоптера-мускулолета достигла апогея технической изощренности в проекте так называемой "польской машины", разработанном в 1647 г. итальянским изобретателем Т.Бураттини, служившим при дворе польского короля [165]. Предполагалось, что аппарат будет иметь четыре пары подвижных крыльев: две пары, движимые в вертикальной плоскости, предназначались для поддержания машины в воздухе, среднее крыло, наряду с поддержкой, должно было обеспечить и горизонтальное перемещение, а расположенное впереди крылышко служило исключительно для создания горизонтальной тяги. (2) Крылья предполагалось приводить в движение с помощью системы рычагов силою двух человек. При холостом ходе (вверх или вперед) площадь машущих поверхностей должна была уменьшаться для предотвращения непроизводительной потери сил. Для обеспечения безопасности приземления в случае поломки какого-либо крыла предусматривался парашют, раскрываемый с помощью пружин. Интересно отметить, что Бураттини предусматривал даже возможность "слепого" полета: "... (машина) может летать также ночью с помощью компаса".
Работы по созданию "польской машины" ограничились испытанием ее модели, управляемой с помощью шнура. Несмотря на ряд интересных технических идей, проект Бураттини не позволял разрешить проблему полета человека из-за ошибочности самого принципа использования машущего крыла.
Наряду с машущим полетом, требующим больших энергетических затрат, природа подсказывала человеку способ перемещения по воздуху без каких-либо видимых усилий - парение и планирование птиц.
Полет птиц с неподвижно распростертыми крыльями привлек внимание людей еще в глубокой древности. Китайский мыслитель IV в. Го Хун в работе "Бао пу цзы" ("Книга учителя, хранящего единство") писал:"... коршун поднимается выше и выше по спирали, а затем ему надо только вытянуть два крыла, не ударяя больше ими по воздуху, чтобы он двигался вперед сам по себе.
Большое внимание изучению полета птиц с неподвижными крыльями уделял Леонардо да Винчи. Ученый объяснял такой полет взаимодействием с ветром: "...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".
(1) Несколько рисунков летательных аппаратов, предложенных Л. да Винчи, были включены в малоизвестную работу Gerli "Desegni di Leonardo da Vinci" (1793 г.). Выход книги совпал с бурным развитием воздухоплавания, и работы Леонардо в области летательных аппаратов тяжелее воздуха расценивались в то время как курьез.
(2) В ряде работ по истории авиации отмечалось, что крылья, предназначенные для поддержания аппарата в воздухе, должны были быть выполнены неподвижными и создавать подъемную силу за счет взаимодействия с набегающим потоком, т.е. работать как крыло самолета. Исследования последних лет опровергают это утверждение.
Анализируя механизм образования силы, поддерживающей птицу в воздухе при полете с распростертыми после взмаха крыльями, Леонардо да Винчи отмечал: "...когда... импульс возник, рука (так ученый называл часть крыла между концевыми перьями и корпусом птицы. - Д.С.)...будучи наклонной, делает из воздуха, на котором находится, как бы клин, на котором крылу удается подняться. И если бы движение птицы происходило не так, то в то время, когда крыло движется вперед, птица опустилась бы в направлении истощающегося импульса". Исходя из этого он сформулировал условия горизонтального полета: "...птица располагает крылья под таким наклоном, что ударяющий ее снизу ветер не образует с ними клина такого свойства, который способен был бы ее поднять; но, тем не менее, поднимает ее как раз настолько, насколько тяжесть ее хотела бы опуститься, а так как равные вещи не одолевают одна другую, то эта птица остается на месте, не поднимаясь и не опускаясь". Ученый отмечал также влияние величины площади крыльев и хвоста на полет и пришел к заключению, что чем больше эта величина, тем медленнее спуск птицы. Наблюдения за полетом птиц с неподвижно распростертыми крыльями позволили Леонардо да Винчи сформулировать принцип аэродинамического способа управления (изменение положения центра давления относительно центра тяжести), прийти к выводу о необходимости низкого расположения центра тяжести для лучшей устойчивости в полете.
Размышления Леонардо да Винчи о механике планирующего полета птиц не привели к созданию летательного аппарата с полностью неподвижным крылом -планера или самолета, хотя анализ его творчества показывает, что в последние годы жизни ученый был близок к этому. Он начал понимать, что у человека не хватит сил удержать себя в воздухе взмахами крыльев. Основываясь на разработанном им принципе 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. Пилоту летательной машины необходимо будет только балансировать с помощью небольших перемещений 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", - писал Леонардо да Винчи в 1505 г.
Опираясь на разработанную им концепцию, ученый задумал создать новый тип летательного аппарата для полетов с помощью ветра. Леонардо не оставил чертежей или технических описаний этой машины. Однако ясно, что она должна была принципиально отличаться от орнитоптеров прежних лет. По мнению итальянского историка авиации и исследователя творческого наследия Леонардо да Винчи Р.Джиакомелли, это мог быть моноплан-парасоль без хвостового оперения с размахом крыльев приблизительно 18 м, предназначенный для полетов в восходящих потоках воздуха. Крылья были подвижные, но по сравнению с предшествующими проектами подвижность их была весьма ограничена и служила только для балансировки в полете.
Пилотируемая "искусственная птица" должна была взлететь с вершины горы в окрестностях Флоренции и, подхваченная вертикальными потоками, подняться в воздух. Загруженный многочисленными работами, Леонардо не смог приступить к осуществлению этой идеи.
Позднее ученый начал думать о движении по воздуху с помощью полностью неподвижного крыла. В рукописи G (л. 74 об.), хранящейся в Институте Франции в Париже, имеется малоизвестный рисунок, датируемый 1510-1515 гг. На рисунке изображен человек, спускающийся по воздуху с помощью плоской поверхности (рис. 1.2.) и имеется указание о способе управления спуском: "Этот (человек) будет двигаться направо, если он согнет правую руку и распрямит левую; и будет затем двигаться справа налево при перемене положения рук". Идея данного летательного аппарата, представляющего собой примитивный управляемый парашют, возникла, по-видимому, в результате наблюдения за падением тел (возможно, листа бумаги) в воздухе.
