Самолёт Можайского.
Разработчик: Можайский
Страна: Россия
Первый полет: 1885 г.
Исторические документы неопровержимо доказывают, что первый в мире самолет был создан в России. Создателем первого в мире самолета является Александр Федорович Можайский. Он построил и испытал первый самолет на двадцать лет раньше американцев братьев Райт, которым до последнего времени совершенно незаслуженно приписывалось это изобретение. Именно Можайским был принят проект и построен самолет в современном его понимании, а именно:
— наличие фюзеляжа, крыльев, винтомоторной группы, шасси, хвостового оперения;
— впервые в истории аппарат был изготовлен и опробован.
В один из пасмурных осенних дней 1876 года в петербургском манеже собралась публика, весьма далекая от верховой езды. Сюда пришли те, кто увлекся воздухоплаванием — совершенно новой отраслью техники. Пятидесятилетний мужчина, с ухоженными усами, подошел к длинному столу и опустил на него какое-то странное сооружение, установленное на колесики. Оно легко тронулось с места, добежало до края стола и, набирая высоту, взлетело в воздух.
Сотни глаз, не отрываясь, следят за полетом. Только жужжание пропеллера нарушает напряженную тишину, установившуюся в манеже: в воздухе первый самолет! Кончается завод пружины, и модель, спланировав, плавно опускается на песок.
Демонстратор, в недавнем прошлом блестящий морской офицер, капитан 1-го ранга Александр Федорович Можайский, бережно поднимает самолет и вновь опускает его на поверхность стола. Собравшиеся внимательно рассматривают модель — лодочку с двумя большими прямоугольными крыльями. В носовой части ее укреплен четырехлопастный винт, приводимый в движение пружиной. За кормой аппарата находятся рули — вертикальный и горизонтальный.
Через несколько дней газета «Кронштадтский вестник» восторженно писала: «Изобретатель весьма верно решил давно стоявший на очереди вопрос воздухоплавания. Аппарат при помощи своих двигательных снарядов не только летает, бегает по земле, но может и плавать. Быстрота полета аппарата изумительная; он не боится ни тяжести, ни ветра и способен летать в любом направлении…»
Опытами Можайского заинтересовался профессор Санкт-Петербургского университета Дмитрий Иванович Менделеев, труды которого уже тогда получили всемирную известность. Возможно, он настоял, чтобы специальная комиссия Главного инженерного управления выделила средства изобретателю для продолжения опытов. Великий ученый стал единомышленником Александра Федоровича Можайского. Изобретатель разработал четкую «Программу опытов над моделями летательного аппарата» — документ, явившийся первым в мире научно разработанным планом аэродинамических исследований, без которых невозможно строительство самого самолета.
Каждый день наблюдений за полетами моделей приносил все новые и новые открытия, все яснее проступали контуры будущего самолета, вырисовывались его узлы и детали. И настал день, когда изобретатель подал докладную записку о намерении строить аппарат таких размеров, чтобы «силою машины и направлением аппарата мог бы управлять человек».
Однако новая комиссия, назначенная военным ведомством для наблюдения за его опытами и возглавлявшаяся генерал-лейтенантом Г.Е.Паукером, не только отвергла предложение изобретателя, но и сделала заключение, что сама идея о возможности полетов аппарата с неподвижными крыльями неверна. «Признается пока бесполезным и нерациональным» — так гласила резолюция на одном из документов комиссии.
Александр Федорович оказался в тяжелом положении. Менделеев был далеко — в научной командировке в Англии. Прибавились материальные затруднения. Но конструктор первого в мире самолета не сдается.
Весной 1878 года А.Ф.Можайский решил перейти к постройке самолета в натуральную величину. 23 марта 1878 года он обратился в Главное инженерное управление с докладной запиской, в которой указывал, что «…требуемые для разрешения вопроса данные могут быть получены только над аппаратом таких размеров, на котором силою машины и направлением аппарата мог бы управлять человек» и просил об отпуске средств на строительство аэроплана, стоимость которого им была определена в 18895 рублей.
Предложение Можайского рассматривалось специальной комиссией, которой были представлены подробные чертежи самолета, обоснованные расчетами, и пояснительная записка, содержащая описание аппарата. В описании говорилось, что самолет состоит:
1) из лодки, служащей для помещения машины и людей;
2) из двух неподвижных крыльев;
3) из хвоста, который может подниматься и опускаться и служить для изменения направления полета вверх и вниз, равно через движущуюся в нем вертикальную площадь вправо и влево получать направление аппарата в стороны;
4) из винта большого переднего;
5) из двух винтов малых на задней части аппарата;
6) из тележки на колесах под лодкою, которая служит для того, чтобы аппарат, поставленный площадью своих крыльев, и хвоста наклонно, около 4 градусов к горизонту, переднею частью вверх мог сперва разбежаться по земле против воздуха и получить ту скорость, которая необходима для парения его;
7) из двух мачт, которые служат для укрепления его крыльев и связи всего аппарата по его длине и для подъема хвоста.
В качестве двигателей предусматривалась установка двух паровых машин общей мощностью 30 л.с. Одна из машин должна была работать на носовой тянущий винт, а другая — через передачу на два задних толкающих винта.
Аппарат, по замыслу изобретателя, мог совершать посадку и на воду, для чего фюзеляжу была придана форма лодки.
Из представленного описания видно, что Можайский задумал осуществить самолет монопланного типа с тонким профилем крыла, установленного под углом 3°, современными органами управления и шасси с пружинной амортизацией. Теперь, когда история развития авиации достаточно хорошо изучена, мы можем по достоинству оценить заслугу русского моряка-изобретателя, предложившего в 1878 году конструкцию самолета, все основные элементы которого присущи современным самолетам.
Лодка служит для помещения машин, материалов для них, груза и людей. Тележка с колесами, на которую поставлен весь снаряд и прочно прикреплен, служит для разбега летательного снаряда по земле перед его подъемом; в воздухе же тележка действует как балансир или отвес. При поступательном движении в воздухе винты летательного снаряда, вращаемые машиною, вследствие сопротивления воздуха приводят снаряд в движение».
Впервые разработав фюзеляжный тип самолета, Можайский на 30 с лишним лет опередил западноевропейских и американских конструкторов, которые только в 1909-1910 годах начали строить подобные самолеты.
Чтобы обезопасить свое изобретение от разных посягательств, он подает в июне 1880 года прошение в департамент торговли и мануфактур о выдаче привилегии или авторского свидетельства на его воздухоплавательный снаряд. Заявка сопровождалась подробной объяснительной запиской и чертежами. Вот как сам автор описывает свой самолет: «Нижеописанный и изображенный на чертеже воздухоплавательный снаряд состоит из следующих главных частей: крыльев, помещенной между вими лодки, хвоста, тележки с колесами, на которую поставлен весь снаряд, машин для вращения винтов и мачт для укрепления крыльев. Крылья снаряда делаются неподвижными. Хвост состоит из плоскостей: горизонтальной и вертикальной; первая может подниматься и опускаться и предназначается для направления снаряда вверх и вниз, а вторая движется вправо и влево и заставляет снаряд поворачиваться в стороны.»
В одном из пунктов свидетельства говорилось об испытании действий «маленьких площадей на задней части крыльев, на повороты аппарата», т.е. предусматривалось испытание элеронов или, иначе говоря, органов поперечной устойчивости и управляемости самолета. Колоссальное значение этих испытаний станет ясным, если вспомнить, что Можайский исследовал действия элеронов за 31 год до француза Фармана, который якобы их изобрел в 1908 году, а братья Райт, построившие свой первый аэроплан в 1903 году, не имели о них никакого представления.
Одна из сложнейших задач, вставших перед Можайским при постройке самолета, заключалась в выборе подходящего типа двигателя. Паровые машины для его аппарата изготовила английская фирма «Ahrbecker Son and Hamkens». Описание их приводится в журнале «Инжиниринг» за 1881 год. Одна из них при 300 об/мин давала мощность 20 л.с. при весе 47,6 кг, другая — при 450 об/мин — развивала 10 л.с. и весила 28,6 кг. Пар в машины поступал от прямоточного котла весом 64,5 кг. Топливом служил керосин. Коленчатые валы и поршневые штоки машин для уменьшения веса были сделаны пустотелыми.
Летом 1881 года основные части самолета были готовы. Для сборки аппарата изобретателю был отведен на Красносельском военном поле, близ Петербурга, отдельный участок. Наиболее ценным документом, подробно описывающим самолет А.Ф.Можайского, является статья отставного кавалерийского юнкера Н.Мясоедова, опубликованная в газете «Новое время» 7 ноября 1910 года. Мясоедов не раз бывал в Красном селе, неоднократно беседовал с изобретателем.
«Моноплан строился, — пишет он, — в загородке из досок без крыши. Дождь часто поливал и портил машину. Моноплан представлял собой лодку с деревянными ребрами, обтянутыми материей. К бортам лодки прикреплены были прямоугольные крылья, слегка выгнутые, выпуклостью вверх. Все обтянуто тонкой шелковой материей, пропитанной лаком. Переплеты крыльев деревянные (сосновые). Аппарат стоял с колесами. Крылья приходились приблизительно на сажень (с небольшим) от земли. В лодке две мачты. Крылья удерживались проволочными веревками, натянутыми к мачтам и к подставкам. Двигателей два, расположены в передней части лодки: большой немного выдвинут от середины лодки, меньший еще ближе к носу. Устройство этих двигателей и составляло секрет А.Можайского. Винтов было три о четырех лопастях каждый, два в прорезях крыльев, против большого двигателя. Третий на носу лодки, на валу от меньшего двигателя. Рамки винтов деревянные, обшиты тонкими дощечками. Шов проволочный. Винты покрыты серым лаком. Рулей два — вертикальный и горизонтальный, прикреплены к корме и приводились в движение проволочными канатами и лебедками, помещенными около кормы. Работа шла медленно по случаю безденежья, чего г. Можайский не скрывал. Никто и не интересовался его работами, и помощи ниоткуда не было».
В ходе постройки были сделаны некоторые изменения. В частности, как это выяснил известный авиационный конструктор В.Б.Шавров, у самолета все три винта имели одинаковый диаметр, в то время как в «Привилегии» передний винт значительно больше боковых. Боковые винты вращались не в прорезях хвостовой части крыла, а в прорезях передней части его, примерно на 40% его ширины. Передний винт вращался на валу двигателя в 10 л.с. Другие два винта приводились в движение ременными передачами от двигателя в 20 л.с. Вращались они в разные стороны. Согласно «Журналу» заседания комиссии по рассмотрению проекта летательного прибора А.Ф.Можайского, «…матерчатая поверхность имеет 4000 кв. футов, вес самолета должен составлять 57 пудов…».
В архивах сохранились рапорты изобретателя с 1881 по 1886 год с просьбой разрешить ему провести испытания аппарата в полете. Но сколь-нибудь полных описаний этих испытаний нет. Правда, существуют четкие упоминания о том, что они проводились. В журнале «Записки инженерного технического русского общества» за 1893 год один из инженеров предлагал меры для предотвращения «от опасных качаний, очень возможных у аэропланов» и приводил пример:
«…видно из опыта капитана первого ранга А.Ф.Можайского с его аэропланом, причем дело чуть-чуть не дошло до катастрофы, как о том мне известно от одного из здесь присутствующих наших почтенных деятелей по воздухоплаванию». В том же журнале об опытах Можайского говорится: «Испытание прибора окончилось неудачей, и механик, управляющий машиной, потерпел увечье». В журнале «Воздухоплаватель» за 1909 год говорится: «В 1884-1885 годы аэроплан был построен на военном поле в Красном селе. При взлете аэроплан накренился набок и поломал поддерживающие поверхности.»
В Военной энциклопедии Сытина (издание 1916 г.), в статье «Можайский, Александр Фёдорович» указано:
«Первый полёт аэроплана на военном поле в Красном селе дал результаты неважные: аппарат отделился от земли, но, будучи неустойчивым, накренился набок и поломал крыло. Дальнейших опытов не было за неимением средств. Аппарат Можайского интересен, как первая практическая попытка построить большой аэроплан.»
После поломки самолета Можайский не имел возможности продолжать свои опыты, так как не располагал средствами. А военное ведомство отказало ему в дальнейшей помощи. Невзирая на это, в 1886 году Александр Федорович добился постройки на Обуховском заводе двух двигателей по 20 л.с. с паровым котлом, один из которых был готов к 1887 году. Смерть оборвала исследовательскую деятельность первого в мире самолетостроителя.
В дальнейшем ряд советских авиаинженеров и ученых проводили исследования о возможности полета самолета Можайского. В.Ф.Болховитинов полагал, что аэродинамическое качество самолёта Можайского — близко к рассчитанному изобретателем и составляет около 9 единиц. По его мнению, мощности силовой установки хватало (без малейшего, однако, запаса) для совершения самолётом установившегося горизонтального полёта, который и имел место во время испытаний.
В 1950 году Б.Н.Юрьевым и В.Б.Шавровым был проведён аэродинамический расчёт самолёта Можайского, при этом было получено аэродинамическое качество 5,5. При таком качестве тяги двигателей самолёта не хватало для горизонтального полёта примерно на 12-15 %, даже при самом смелом предположении о КПД воздушных винтов. В итоге: самолёт вполне мог разогнаться до взлётной скорости по наклонному досчатому настилу при помощи собственной силовой установки и даже оторваться от земли после увеличения пилотом угла атаки. Кроме того, отрыву от земли мог поспособствовать «экранный эффект», о котором в то время было совершенно ничего не известно. После отрыва экранный эффект исчез, а возросшее индуктивное сопротивление тут же погасило скорость. Сваливание на крыло стало неизбежным, что немедленно и произошло, судя по описаниям испытания.
В 1975 году были опубликованы результаты экспериментального исследования модели самолёта Можайского, проведённого под руководством профессора Р.И.Виноградова в РВВАИУ. Согласно данному исследованию максимальное аэродинамическое качество самолёта Можайского составляло 6,5. Режим наименьшей потребной мощности характеризовался значением аэродинамического качества 5,6. КПД винта — 0,57 и скоростью 28 км/ч (7,8 м/с). Взлётный вес был принят равным проектному — 934 кг (57 пудов). Потребная тяговая мощность силовой установки, согласно данной работе, составила 17 л.с. (соответственно, на валу — 30 л.с.). Таким образом, по мнению Р.И.Виноградова, самолёт Можайского мог успешно взлететь при небольшом (около 3°) уклоне ВПП и далее совершать установившийся горизонтальный полёт. Причинами аварийного окончания полёта, по мнению того же автора, могли стать: ошибка лётчика, либо сильный боковой порыв ветра.
В 1979-1981 годах в ЦАГИ были проведены широкие исследования по установлению облика самолёта Можайского, его воздушных винтов, весовые и прочностные расчёты. Модель этого самолёта, построенная в масштабе 1:20, воспроизводящая все основные особенности самолёта с точки зрения его предполагаемого облика (за основу был принят облик аппарата, установленный В.Б.Шавровым, несколько уточнённый), продувалась в аэродинамических трубах ЦАГИ с целью определения её аэродинамических характеристик. По результатам продувок было получено максимальное аэродинамическое качество самолёта 4,05 — в свободном пространстве и 4,6 — вблизи экрана. Осуществлённые одновременно с продувками аэродинамические расчёты давали максимальное аэродинамическое качество вблизи экрана в диапазоне 4,2-5. Были экспериментально исследованы четыре варианта воздушных винтов (для того, чтобы охватить возможный диапазон их основных параметров). Для наилучшего из этих винтов был получен КПД 0,55. На основании весовых расчётов взлётный вес был принят — 1266 кг.
Был сделан вывод: отрыв самолёта от ВПП и установившийся прямолинейный полёт возможны только по траектории со снижением не менее 9°.
ЛТХ:
Модификация: Самолет Можайского
Размах крыла, м: 22,80
Длина самолета, м: 23,00
Высота самолета, м: —
Площадь крыла, м2: 303,00
Масса, кг
-пустого самолета: —
-максимальная взлетная: 1500
Тип двигателя: 2 х паровые машины «Ahrbecker-Hamkens»
-мощность, л.с.: 1 х 20 + 1 х 10
Максимальная скорость, км/ч: —
Крейсерская скорость, км/ч: —
Практическая дальность, км: —
Практический потолок, м: —
Экипаж, чел: 1
Воздухолетательный снаряд А.Можайского. Рисунок.
Привилегия № 103. Чертеж.
Привилегия № 103. Лист 1.
Привилегия № 103. Лист 2.
Привилегия № 103. Лист 3.
Чертёж самолёта Можайского из Привилегии 1881 года.
Самолёт Можайского, рисунок из книги «Воздухоплавание за 100 лет» (1884 год).
Схема общего вида самолёта Можайского. Реконструкция В.Б.Шаврова.
Модель самолёта А.Ф.Можайского.Государственный Политехнический музей.
Модель самолета Можайского в экспозиции Центрального Дома Авиации и Космонавтики. г. Москва.
Схема рабочего блока паровой машины «Ahrbecker-Hamkens».
.
.
Список источников:
В.А.Попов. Воздухоплавание и авиация в России до 1907 г.
В.Б.Шавров. История конструкций самолетов в СССР до 1938 г.
В.Ф.Болховитинов. Пути развития летательных аппаратов.
Р.И.Виноградов, А.Н.Пономарёв. Развитие самолётов мира.
В.Б.Баршевский, М.П.Тепеницин, В.М.Фролов. Установление облика самолёта А.Ф.Можайского на основе архивных данных и расчётовэ Авиация в России (к 100-летию отечественного самолётостроения по заказу ЦАГИ им. Н.Е.Жуковского), 1983 г.
Моделист-Конструктор. И.Костенко, Ю.Вятич. «Я желал быть полезным своему отечеству».