Отто Лилиенталь и его связь с российскими пионерами авиации

Рис. / Пионер авиации Отто Лилиенталь (1848 – 1896).

Пионер овиоции Отто Лилиенталь (рис. 1) родился 23 мая 1848 г. в городке Анклам в Померании. В 1856-64 гг. он обучался в местной гимназии. Вместе со своим братом Густавом 13-летний Отто смастерил примитивные крылья, на которых братья безуспешно пы- толись полететь (рис. 2).

В 1864-66 гг. Отто посещает ремесленное училище в Потсдаме, а в 1867-68 гг. обучается в промышленной академии. Там он делает первую попытку создать орнитоптер – летательный аппарат с машущим крылом. Три поры крыльев, составленных из жалю- зиподобных элементов, приводились в движение ногами человека, стоящего вертикально. При движении крыла вверх клапаны-полосы опускались, свободно пропуская воздух, а при обратном движении – закрывались. Эти опыты показали недостаточность мускульной силы человека для выполнения машущего полета.

Работая в 1871-72 гг. но машиностроительном заводе Вебера, а в 1872- 80 гг. – инженером-конструктором машиностроительного завода Хоппе в Берлине, он продолжал изучение полета птиц. В 1873 г. О. Лилиенталь делает свой первый доклад по теории полета птиц в Потсдамском ремесленном обьединении.

В 1878 году в возрасте 30 лет Отто Лилиенталь женился и занялся устройством машиностроительной мастерской. Проектируя легкие двигатели, Лилиенталь изобрел особую систему паровых котлов, в которых вода, проходя сквозь сильно нагретую спиральную трубку, в виде пара выходила с другой стороны. Улучшение материального положения позволило Отто Лилиента- пю продолжить исследования полета птиц и перейти к практическому осуществлению придуманного им способа летания. В 1889 г. он издает свой фундаментальный труд "Полет птиц кок основа авиации" (в русском переводе Е.С.Федорова 1905 года – "Полет птиц как основа искусства летать"). В этой книге приведены многочисленные расчеты по теории машущего полета, а также описание экспериментальных установок (рис. 3), на которых О. Лили- енталю удалось измерить сопротивление и подъемную силу крыльев. В результате исследований им были построены поляры моделей крыльев, впоследствии названные его именем (рис. 4). Одним из важных результатов было экспериментальное подтверждение того, что подъемная сила вогнутого крыла больше по сравнению с подъемной силой плоского крыла.

Пристальное и углубленное изучение полета птиц приводит О.Лилиенталя к чрезвычайно плодотворной идее: прежде чем строить аэроплан, необходимо сначала научиться летать, паря, как птицы. Построить удачный планер и научиться летать на нем – значит решить большую часть проблемы в создании самолета. Как писал в 1898 году Н.Е. Жуковский: "Я думаю, что путь исследования задачи воздухоплавания с помощью скользящей летательной машины является одним из самых надежных. Проще прибавить двигатель к хорошо изученной скользящей машине, нежели сесть в машину, которая никогда не летала с человеком". И с 1891 г. Отто Лилиенталь приступает к регулярным тренировочным полетам на балансир-

ных планерах, которые он строит вместе с братом Густавом (рис. 5).

В 1893 г. для своих полетов Лилиенталь сооружает летную станцию в Штиглице под Берлином на холмах в Риновере (рис. 6). А на следующий год – в Гросс-Лихтерфельде (вторая станция от Берлина по Лейпцигской дороге), где он купил имение Там он сооружает искусственный холм высотой 15 метров, а затем увеличивает его до 30 м (рис. 7). Этот холм имел со всех сторон одинаковые скаты с наклоном в 15 градусов, чтобы всегда можно было выбрать направление полета навстречу ветру. На вершине было сооружено хранилище для планеров различной конструкции.

Полеты с горки в Лихтерфельде длились 13-15 секунд. В безветренную погоду по горизонтали планер пролетал около 100 метров (рис. 8). При умеренном встречном ветре удавалось пролететь до 250 м. Слегка наклонив крылья вниз, Лилиенталь набирал скорость, а затем, увеличив угол атаки крыла, набирал высоту и снова повторял волнообразный полет до приземления. В этот момент он снова увеличивал угол атаки крыла, смягчая приземление, т.е., как говорят летчики, совершал "воронью посадку". "При таком парении, – писал О. Лилиенталь, – совершенно не требуется затрат энергии и нужно только с помощью перемещения центра тяжести управлять аппаратом… Опускание же на землю не представляет большего труда, чем соскакивание со стула".

Рис. 2. Отто и Густав Лилиенталь.

Рис. 3 Схемы экспериментальных установок О. Лилиенталя для измерения сопротивления и подъемной силы крыла.

Рис. 4. Поляры плоской и вогнутой пластин.

Рис. 5. Чертежи планера О. Лилиенталя.

Рис. 6. О. Лилиенталь на вершине Риноверского холма

Рис.7

В 1893 г – после двух лет почти ежедневных полетов и экспериментов с различными конструкциями Лилиенталь построил планер, которым остался доволен: в нем удачно сочетались размеры и управляемость. Отто назвал его "стандартным планером" и начал строить его для продажи. Это был моноплан с размахом крыльев 7 метров, с максимальной хордой – 2,5 м, с хвостовым оперением, располагавшимся на бамбуковом стержне и представлявшим горизонтальную и вертикальную неуправляемые поверхности – то, что в современной терминологии именуется стабилизатором и килем без рулевых поверхностей. До своей гибели Лилиенталь построил 18 таких планеров. "Стандартный планер" стал первым в истории авиации серийным летательным аппаратом. Стоимость "стандартного планера" была невысокой – 200 марок, чуть больше стоимости велосипеда. Конструктор надеялся, что у него появятся последователи. В настоящее время известны некоторые его покупатели:

1. Шарль де Ламбер, 18 августа 1894 г., Версаль.

2. Алоис Вольфмюллер, 13 декабря 1894 г., Мюнхен.

3. Др. Килиан Франк, начало 1895 г., Карлсбад.

4. Георг Ф Фитцджеральд, февраль 1895 г., Дублин.

5. Чарльз И. Браун, 1895 г, Баден (Швейцария).

6. Н.Е. Жуковский, осень 1895 г., Москва.

7. Уильям Р. Херст, апрель 1896 г., Нью-Йорк.

8. Перси Пильчер, 1895 г. (?), Англия.

В течение 1891 – 1895 гг. О. Лилиенталь совершил около 2000 полетов на планерах различной конструкции. За эти годы его полеты наблюдали и фотографировали сотни людей. В 1895 г. его посетили такие видные исследователи в области авиации, как П. Пильчер, С. Лэнгли, Н.Е. Жуковский.

Осенью 1895 г. по приглашению Отто Лилиенталя Николай Егорович Жуковский посетил его на полетах, вместе с ним были два русских техника (один из них – стажер Н А. Артемьев), немецкий фотограф, англичанин и американец. В этот день Отто Лилиенталь выполнял полеты на планере-биплане (рис. 9) при ветре от 7 до 9 м/сек.

По прибытии в Москву Н.Е. Жуковский опубликовал статью "Летательный аппарат О. Лилиенталя", в которой описал конструкцию планера. За все годы полетов только два раза полеты Отто Лилиенталя были неудачными.

Весной 1894 г. О. Лилиенталь начал испытывать новый тип планера – с так называемым "предкрылком" (рис. 10). Это была подпружиненная дугообразная поверхность, установленная снизу и спереди вдоль всего размаха крыла. Лилиенталь предполагал, что она, изгибаясь в зависимости от встречного потоко воздуха, будет автоматически выводить планер из пикирования. Но в полете произошла авария. Вот как он ее описал: "При одном из полетов с большой высоты случилось так, что слишком сильный наклон моего тела назад переместил центр тяжести настолько, что вследствие утомления я не мог исправить руками положение крыльев. Я был на высоте 20 метров над землей и летел со скоростью 15 метров в секунду, когда аппарат стал запрокидываться и, благодаря запасу живой силы, подниматься все выше. Я судорожно держался за крылья и не видел ничего, кроме голубого неба с белыми облаками, ожидая момента, когда аппарат совершенно опрокинется, и тем, может быть, навсегда закончатся мои опыты. Однако же он вдруг остановился в своем подъеме, описал небольшую дугу назад, подобно осеннему листу, падающему с ветки, затем его хвост резко поднялся, он встал как бы вниз головой и ринулся вертикально на землю.

Рис. 8. В безветренную погоду в Лихтерфельде Лилиенталь пролетал расстояние около 100 м

Рис. 9. Планер-биплан Отто Лилиенталя.

Рис. 10. Планер с подпружиненным предкрылком.

Рис. 11. Планер О. Лилиенталя в аудитории ИМТУ

С полным сознанием, протянув вперед руки, все еще держась за аппарат, я падал в зеленую траву. Удар – и я оказался на земле под аппаратом. Последствиями падения была лишь небольшая рана с левой стороны головы и вывих левой руки. Что касается аппарата, он, как ни странно, оказался целым. Он, как и сам я, обязан своим спасением тому обстоятельству, что спереди крыльев мною как раз в день этого полета устроена была эластичная дуга из дерева"

Второй неудачный полет для Отто Лилиенталя окончился трагически.

Летом 1896 г. О. Лилиенталь начал производить опыты с планером, у которого хвостовая горизонтальная поверхность могла менять угол наклона, т.е. действовать как управляемый стабилизатор. Тяга от этого руля высоты была соединена с головой экспериментатора так, что, наклоняя ее, он мог управлять подъемом и спуском аппарата. 9 августа О. Лилиенталь приехал на Риноверские горы со своим ассистентом, который помогал в строительстве летательных аппаратов и полетах. Первый полет на новом аппарате прошел успешно. При втором полете, по рассказу ассистента, началось планирование под острым углом к горизонту; планер, не долетев до подошвы горы, резко поднялся вверх на высоту около 30 метров, завис, после чего рухнул на землю и, подпрыгнув два раза, остался неподвижным. Вместе с ним неподвижным, без чувств лежал Отто Лилиенталь. Он был привезен в Берлин, в клинику Кронпринца, в которой скончался спустя 24 часа после своего падения. Вскрытие показало перелом позвоночника.

Планер, купленный Н.Е. Жуковским для Московского Университета, доставили в Москву за неделю до гибели Лилиенталя. И, так как его гибель произвела тяжелое впечатление на начинающих планеристов того времени, прибывший аппарат 13 лет пролежал в кладовке, а затем был передан в Аэродинамическую лабораторию Императорского Московского Технического Училища (рис. 11). Зимой 1909 года студенты ИМТУ – члены воздухоплавательного кружка Н.Е. Жуковского – попробовали полетать на нем с заснеженного склона возле Училища, но неудачно: зарылись в снег и подломили крыло. Планер починили и в дальнейшем использовали лишь как реликвию (рис. 12).

Очень высокую оценку исследованиям Отто Лилиенталя дал Н.Е. Жуковский, назвавший О. Лилиенталя "летающим человеком". Начиная с 1890 года во всех своих докладах, выступлениях в печати Николой Егорович обязательно упоминал имя немецкого исследователя. Как никто другой, Н.Е. Жуковский

высоко ценил эксперимент в научных исследованиях. Он понимал, что теоретические науки могут развиваться, только постоянно обогащаясь опытными данными Многочисленные успешные полеты Отто Лилиенталя на планерах укрепляли убеждение ученого в том, что человек в скором времени покорит воздушный океан. В 1898 г. он написал, что "человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума".

В Научно-мемориальном музее Н.Е. Жуковского сохраняется письмо ученика Н.Е. Жуковского, впоследствии – известного профессора Н.А. Артемьева.

Рис. 12. Н.Е. Жуковский с первыми русскими летчиками и членами воздухоплавательного кружка ИМТУ. В центре – НЕ. Жуковский, справа от него – МЛ. Ефимов, Б. К. Габер-Влынский, Б. И Россинский, слева – А А Васильев, Б.С Масленников.

Рис 13 Попет на планере Вильбура Райта. 1901 г.

"Вы мне писали, что это несчастье (гибель О. Лилиенталя) лишило Вас смелости производить полеты самому, но такому действию можно только радоваться: подвергать Вашу жизнь опасности было бы преступлением перед наукой и человечеством. Оставьте практическое выполнение другим… Если же Вам желательно иметь точного исполнителя Ваших теоретических соображений, то я предоставляю себя в Ваше полное распоряжение/' – писал из Германии "отцу русской авиации" Н.А Артемьев 16 октября 1896 года, несмотря на тяжелое впечатление, которое произвела и на него смерть изобретателя.

В своей статье "О гибели воздухоплавателя Отто Лилиенталя" Н.Е. Жуковский писал: "Но первое тяжелое впечатление пройдет, и у любителей воздухоплавания останется в памяти, что был "летающий человек", который в продолжении трех лет совершил множество полетов, летая при всякой благополучной погоде. Они вспомнят, что полеты этого летающего человека были обдуманы теоретически, проверены на практике и при небольшом равном ветре являлись вполне безопасными. И снова неугомонная жажда победы над природою проснется в людях, и снова начнут совершаться эксперименты Лилиенталя, и будет развиваться и совершенствоваться его способ летания". В США особый интерес к опытам О Лилиенталя проявил талантливый инженер, председатель Союза американских инженеров, француз по происхождению Октав Шанют, автор книги "Успехи в области летательных машин". В 1902 г. он построил легкий (11 кг) планер с бипланной коробкой из прямоугольных крыльев, на котором его ученики Геринг и Эвери совершили несколько сотен полетов, продолжительность которых составляля 14 секунд, а дальность – 110 метров Ввиду простоты конструкции схема планера Шанюта быстро распространилась во многих странах.

2 апреля 1903 г на заседании Французскою аэроклуба в Париже Октав Шанют сказал "Все, что я сделал, заключается лишь в продолжении и усовершенствовании опытов Лилиенталя после его смерти. Другие, более счастливые, воспользуются моими трудами и, усовершенствуя их, достигнут еще больших результатов".

Более счастливыми последователями Лилиенталя и Шанюта оказались их ученики братья Орвилл и Вильбур Райт, начавшие тренировки на планерах в 1900 году и совершившие на них более 2000 полетов (рис. 13). Эта их деятельность, дополненная изучением существовавшей в то время литературы, собственными исследованиями в аэродинамической трубе, завершилась в декабре 1903 года первыми устойчивыми полетами на построенном ими самолете "Флайер", который, по существу, представлял собой их планер с установленным на него легким мотором их собственной конструкции.

Рис. 14. Выполнение мертвой петли летчиком В.А. Степонченком но планере СК-3 "Красная звезда" конструкции С. П Королева в Коктебеле в 1 930 г.

Рис. 15. Детали планера О. Лилиенталя до реставрации

Рис. 16. Планер О Лилиенталя в Научно-мемориальном музее Н.Е. Жуковского

В России первым исследователем проблем планерного полета был симферопольский врач Николай Андреевич Арендт (1833 – 1893). В статье "К вопросу о воздухоплавании", опубликованной в 1874 г. в журнале "Знание", Н А. Арендт указывал: "Если человек не мог до сих пор летать по воздуху при помощи крыльев за неимением достаточной силы, то почему же ему не подражать орлу, умеющему летать без затраты собственной силы" (г.е. в парящем полете. Прим. автора). Н А. Арендт проводил опыты с замороженными препарированными птицами с распростертыми крыльями, которых он запускал в полет с помощью самострела или воздушного змея. Результат своих опытов Н.А. Арендт изложил в книге "О воздухоплавании, основанном на принципах парения птиц", которая была издана в 1888 г. в Симферополе за год до выхода в свет книги О. Лилиенталя. Н.А. Арендт так описывал планер, который называл "летательным снарядом": "Крылья и корпус должны составлять одно целое. Крылья должны быть неподвижными в том смысле, как неподвижны они у парящих птиц. Крылья должны быть сделаны сводом, поверхность – совершенно гладкая".

Выдающийся вклад в теорию планеризма внес Николай Егорович Жуковский. Проведя теоретическое исследование, в 1891 г. в своей работе "О парении птиц" он ввел новый раздел в механике – динамику полета. Рассматривая полет парящей птицы в различных условиях, он получил решения, описывающие траектории полета в виде различных кривых, в частности, в форме замкнутой петли. Как известно, 22 года спустя русский летчик П.Н. Нестеров впервые выполнил "мертвую петлю" на самолете, а позже эта фигура была выполнена и на планере. Впервые этот элемент исполнил летчик В.А. Степанченок в 1930 г. на планере СК-3 "Красная звезда" конструкции молодого инженера С.П. Королева (рис. 14), впоследствии – конструктора первого искусственного спутника Земли.

В настоящее время подлинный планер Лилиенталя, приобретенный Н.Е. Жуковским, находится в Научно-мемориальном музее Н.Е. Жуковского, открытого в Москве в 1956 году. До этого с 1930 г. он был достоянием первого в СССР Аэромузея, ныне называемого Центральным домом авиации и космонавтики. Однако в послевоенные годы в СССР была развернута политическая борьбо с космополитизмом. В результате этого и по указанию свыше подлинный планер Лилиенталя из залов Аэромузея был выброшен во двор, где пролежал под снегом в течение нескольких месяцев, а затем в уже очень плохом состоянии перевезен в музей Н.Е. Жуковского, в то время еще находящийся в стадии организации. Один из ближайших учеников Н.Е. Жуковского – Главный конструктор Андрей Николаевич Туполев, узнав об этом, приказал провести немедленную реставрацию планера. Работы по восстановлению планера Лилиенталя были проведены в Опытном конструкторском бюро А Н. Туполева в 1956 году под руководством Н.Н. Буракова (рис. 15). Восстановленный планер Лилиенталя, как редчайший экспонат, был выставлен для всеобщего обозрения (рис. 16).

В.Ф. Гладкий