Воздушные шары и воздушные змеи в Китае

Летающий фонарик (прототип аэростатов с оболочкой, наполненной горячим воздухом) был известен в Китае с древнейших времён. Его изобретение приписывается генералу Чжугэ Ляну (180—234 н. э., почётный титул Кунмин), который, как сообщают источники, использовал их, чтобы вселять страх во вражеские войска:

Масляная лампа была установлена под большим бумажным мешком, который поднимался с горячим воздухом от лампы. … Враги были охвачены страхом из-за света в воздухе, думая, что божественная сила помогала ему.

Однако устройство, представляющее собой лампу в бумажной ёмкости, зарегистрировано ранее, и, согласно Джозефу Нидхэму, воздушные шары с горячим воздухом в Китае были известны в III в. до н. э.

В V веке н. э. Лю Бан изобрёл 'деревянную птицу', которая, возможно, была большим бумажным змеем или ранним планёром.

В период династии Юань (XIII в.) при таких правителях, как Хубилай, прямоугольные лампы стали постоянно использоваться на праздниках, на которых присутствовало много людей. В монгольский период это изобретение, возможно, распространилось по Великому Шёлковому Пути в Среднюю Азию и на Ближний Восток. Почти идентичные парящие фонарики с прямоугольной лампой в тонкой бумаге были обычны на Тибете во время больших праздников и на индийском фестивале огней, Дивали. Однако нет никаких свидетельств, что они использовались для полёта человека.

В 559 полёт человека на воздушном змее был задокументирован в королевстве Северной Вэй. После смерти императора Юань Ланга (513—532) его генерал Гао Хуань стал императором. После смерти Гао Хуаня его сын Гао Ян запустил Юань Хуантоу, сына бывшего императора, на воздушном змее с башни в его столице Е. Юань Хуантоу пролетел над городскими стенами и приземлился живым, однако вскоре был казнён. Возможно, способность воздушных змеев поднять человека, как отметил несколько столетий спустя Марко Поло, была известна уже в это время.

Парашюты и планёры в Испании Омейядов и в Англии

Минарет Большой Мечети в Кордове. В 852 Ибн Фирнас сообщил о том, что спрыгнул с этой мечети с аппаратом, похожим на парашют и приземлился, получив незначительные травмы.

В мусульманской Испании во время правления Омейядов в Кордовском халифате зарегистрировано несколько попыток полёта арабского учёного и изобретателя Аббаса ибн Фарнаса (его латинизированное имя — «Армен Фирман», это обстоятельство приводят к спорам, принадлежат они одному и тому же или двум разным людям), пользовавшегося покровительством эмира Абд ар-Рахмана II. В 852 он сделал крылья из ткани, натянутой на деревянные распорки. С этим похожим на зонтик аппаратом Аббас ибн Фарнас спрыгнул из минарета Великой Мечети в Кордове — в то время как он не смог лететь, его аппарат замедлил его падение, и он упал, получив незначительные травмы. Его устройство, как полагают, явилось прообразом современного парашюта.

Двадцать пять лет спустя, в возрасте 65 лет, ибн Фарнас разработал улучшенный проект, который включал первые поверхности управления полётом. Он взял этот каркас с крыльями, который, вероятно, был первым дельтапланом, и спустился с маленького холма, который назывался Джабаль ал-'арус, и, очевидно управляя им, продержался в воздухе в течение достаточно долгого времени, по некоторым подсчётам целых десять минут. Это было первой попыткой управляемого полёта, поскольку он мог изменять его высоту и направление, так как он возвратился туда, откуда начал путь. После успешного возвращения к отправной точке, он в конечном счёте упал на землю, и сказал позднее, что приземление можно улучшить, сделав хвостовую часть. Его полёт очевидно вдохновил Эйлмера Малмсберийского, который более чем через столетие (около 1010), на аппарате, похожем на планёр, пролетел около 200 метров.

Европейское Возрождение и Османская империя

Спустя пять столетий после ибн Фирнаса Леонардо да Винчи нарисовал чертёж дельтаплана, в котором внутренние части крыльев были зафиксированы, а некоторые поверхности управления смещены к концам (также как при планировании у птиц). В то время как его проекты существуют в чертежах и считаются пригодными к полёту в принципе, он непосредственно никогда не летал на своих аппаратах. По его чертежам, и из материалов, доступных в то время, в конце XX века был построен аппарат, который мог летать. Однако, его схематичный проект реализовывался с учётом современных знаний о аэродинамических принципах, и полетел бы построенный самим Леонардо аппарат, неизвестно. Модель, которую он строил для испытательного полёта в 1496, не летала, а некоторые другие проекты, такие как прообраз вертолёта с четырьмя людьми на борту, имеют серьёзные недостатки.

В XVII веке турецкий путешественник Эвлия Челеби сообщил, что в 1630—1632 он видел турецкого учёного Хезарфена Ахмеда Челеби, который на аппарате с крыльями, перелетел Босфор. Он спрыгнул с Галатской башни (высота 55 м) в Стамбуле, и предположительно пролетел расстояние около 3 км, приземлившись на другой (азиатской) стороне Босфора, без каких-либо травм. Планирующий полёт на расстояние 3 км с высоты 55 м потребовал бы использование современного планера и хорошие навыки и практику управления им, хотя известно, что Челеби начал заниматься своим аппаратом задолго до своего полёта.^[12]

В 1633 брат Хезарфена, Лагари Хасан Челеби поднялся в воздух на ракете, которая была сделана из большой клетки с конической вершиной, заполненной порохом. Это был первый известный пример полёта пилотируемой ракеты и аппарата с искусственным двигателем. Полёт был совершён во время празднований в честь рождения дочери султана Мурада IV. Эвлия сообщил, что Лагари совершил мягкую посадку при помощи крыльев, прикреплённых к его телу и сыгравших роль парашюта после того, как порох был использован. Полёт продолжался по оценкам около 20 секунд, максимальная высота достигала порядка 300 метров. Лагари был вознаграждён султаном деньгами и высокой военной должностью.^{[ источник не указан 784 дня ]}

В 1670 Франческо де Лана-Терци издал работу, которая предлагала технологию полёта на аппарате легче воздуха из сфер, в которых был создан вакуум, и который будет настолько легче, чем замещённый воздух, что поднимет воздушный корабль вверх. Однако он не учитывал того, что эти сферы будут раздавлены давлением воздуха.

[править] Планеры

Эксперименты с планёрами заложили основу строительства аппаратов тяжелее воздуха, и в начале XX века прогресс в двигателестроении дал возможность управляемого полёта с двигателем,в том числе и реактивным. С этого времени, авиаконструкторы изо всех сил пытались создать аппараты, которые были бы быстрее, летели дальше и выше, и имели бы более простое управление. Важные факторы, влияющие на прогресс в самолётостроении:

• Управление: Первоначально планёры управлялись путём движений телом (Отто Лилиенталь) или перекосом крыла (братья Райт). Современные самолёты используют различные средства механизации — элероны, рули направления и рули высоты. На некоторых военных самолётах (например, на истребителе Су-27) аэродинамическая устойчивость обеспечивается специальной системой, причём полёт без помощи системы фактически невозможен. Аэродинамическая неустойчивость позволяет обеспечить более высокую манёвренность летательного аппарата, недоступную для аэродинамически устойчивого аппарата.

• Мощность: Авиационные двигатели становятся всё более лёгкими и эффективными, от паровых двигателей Клемента Адера до поршневых, реактивных и ракетных двигателей.

• Материал: Первоначально летательные аппараты изготавливались из тканей и дерева, затем стали использоваться специально обработанные ткани и стальные трубки, полностью алюминиевые конструкции (в период Второй мировой войны), а сегодня всё в большей мере используются композиционные материалы.

Современный полёт

Легче воздуха

Первый общеизвестный полёт человека был совершён в Париже в 1783. Жан-Франсуа Пилатр де Розье и маркиз де Арландес пролетели 8 км на воздушном шаре разработки братьев Монгольфье, наполненном горячим воздухом. Воздушный шар нагревался огнём от сжигаемой древесины и не был управляемым, то есть перемещался по воле ветра.

Запуск воздушных шаров-зондов стал популярным развлечением в Европе в конце XVIII века, таким образом человек начал покорять высоту и атмосферу.

Работа над созданием управляемого воздушного шара (дирижабля) (который получил название воздушный корабль) продолжалась в течение 1800-х годов. Первый управляемый оснащённый паровым двигателем аппарат легче воздуха поднялся в 1852, когда француз Жиффар пролетел 24 км.

Неуправляемые воздушные шары применялись во время Гражданской войны в США армией Союза.

Следующий технологический прорыв был совершён в 1884, когда был осуществлён первый полностью управляемый свободный полёт на французском военном дирижабле с электрическим двигателем La France Шарлем Ренаром и Артуром Кребсом. Длина дирижабля составила 52 м, объём — 1 900 м³, за 23 минуты было покрыто расстояние в 8 км при помощи двигателя мощностью 8 1/2 л. с.

Тем не менее, эти аппараты были недолговечны и чрезвычайно непрочны. Регулярные управляемые полёты не совершались до появления двигателя внутреннего сгорания.

Однако дирижабли использовались и в Первой, и во Второй мировых войнах, и продолжают ограниченно использоваться и в наши дни, но их развитие было в значительной степени заторможено развитием аппаратов тяжелее воздуха.

К лучшему пониманию

Первой печатной публикацией об авиации были «Эскизы машины для полёта по воздуху» Эммануила Сведенборга, изданные в 1716. Эта летающая машина состояла из лёгкого каркаса с натянутой на него крепкой тканью и имела два больших весла или крыла, двигающихся на горизонтальных осях таким образом, что при движении вверх они не встречали сопротивления, а при движении вниз создавали подъёмную силу. Сведенборг знал, что эта машина не будет лететь, но рассматривал её как отправную точку и был уверен, что проблема будет решена. Он говорил:

кажется, что легче говорить о такой машине, чем создать её в действительности, поскольку она требует большей силы и меньше веса, чем есть в человеческом теле. Наука механика могла бы, возможно, предложить способ, а именно использовать сильную спиральную пружину. Если эти преимущества и требования были бы достигнуты, возможно однажды найдётся тот, кто — то сможет понять, как лучше использовать наш эскиз и изыскать возможность сделать дополнения, которые позволят достигнуть того, что мы можем только предложить. Всё же в природе есть достаточно доказательств и примеров, когда такие полёты могут быть безопасными, тем не менее, когда настанет время первых испытаний, вам, вероятно, придется заплатить за этот опыт, но вы не сможете обойтись силой рук или ног.

Сведенборг показал в в своей работе, что наличие двигателя у летательного аппарата является важнейшим условием полёта.

В последние годы XVIII века сэр Джордж Кэйли провёл первое серьёзное изучение физики полёта. В 1799 он создал схему планёра, которая, за исключением вертикальной проекции, полностью соответствовала современным, хвост его использовался для управления, а пилот находился ниже центра масс для обеспечения стабилизации полёта; эта модель совершила полёт в 1804. За последующие пятьдесят лет Кэйли продолжал работать над физикой полёта, за это время он изучил большую часть основ аэродинамики и ввёл такие термины как подъёмная сила и лобовое сопротивление. Он использовал двигатели внутреннего и внешнего сгорания, в качестве топлива для которых использовался порох, но остановился на резиномоторе Альфонса Пено, что позволяло делать модели с двигателем более простыми. Позднее Кэйли использовал его исследования для постройки полномасштабного аппарата, который совершил беспилотный полёт в 1849, а в 1853 был совершён уже пилотируемый короткий полёт в Бромптоне, недалеко от Скарборо в Йоркшире.

В 1848 Джон Стрингфеллоу осуществил успешный испытательный полёт модели с паровым двигателем, в Чарде, Сомерсет, Англия. Эта модель была 'беспилотной'.

В 1866 польский крестьянин, скульптор и плотник по имени Ян Внек построил и летал на управляемом планёре. Внек был неграмотным самоучкой и мог рассчитывать только на свои познания о природе, основанные на наблюдении полёта птиц и на собственном опыте и навыках строителя и скульптора. Ян Внек был твердо привязан к своему планёру грудью и бедрами и он управлял планёром, смещая концы крыльев с помощью верёвок, прикреплённых к стременам в его ногах. Церковные записи отмечают, что в январе этого же года Ян Внек слетел со специально сделанной рампы с крыши церкви Одпорышува; высота церкви составляла 45 м, при этом церковь находилась на холме высотой 50 м, то есть полная высота составляла 95 м. Ян Внек совершил несколько публичных полётов на существенные расстояния с 1866 по 1869, как правило, во время религиозных праздников, карнавалов и празднований Нового года. Внек не оставил никаких известных письменных записей или рисунков, то есть, не оказал никакого влияния на прогресс в авиации. Недавно профессор Тадеуш Северин, директор Краковского Музея Этнографии, обнаружил церковные записи с описанием деятельности Яна Внека.

В 1868 француз Жан-Мари Ле Бри совершил первый полёт, при котором поднялся выше точки старта, на своём планёре L’Albatros artificiel с помощью конной тяги на берегу. Ле Бри по сообщениям достиг высоты 100 метров, преодолев расстояние 200 метров.

В 1874 Фелих дю Темпл в Бресте (Франция) построил Моноплан, большой самолёт из алюминия, с размахом крыла 13 метров и весом 80 кг (без пилота). Было произведено несколько испытаний, стартовал планёр с трамплина, полёт продолжался короткое время и благополучно возвратился.

Ещё одним человек, который внёс вклад в искусство полета, был Фрэнсис Герберт Венхэм, который неудачно пытался построить ряд беспилотных планеров. Он обнаружил, что больший вклад в подъём от крыла, похожего на птичье, производится в передней его части, из чего заключил, что длинные и тонкие крылья будут эффективнее, чем похожие на крылья летучей мыши, обычно используемыми его коллегами, потому как они имеют больший передний край относительно их веса. Сегодня эта характеристика известна как относительное удлинение крыла. Он представил свои исследования недавно созданному Королевскому Аэронавигационному Обществу Великобритании в 1866, и решил получить практическое подтверждение, построив первую в мире аэродинамическую трубу в 1871.^[15] Члены Общества использовали аэродинамическую трубу и определили, что изогнутые крылья обладают значительно лучшими показателями подъёма, чем ожидалось по исследованиям Кэйли, основанными на ньютоновской механике, а аэродинамическое качество при 15 градусах составляет приблизительно 5:1. Таким образом была ясно продемонстрирована возможность практического строительства аппаратов тяжелее воздуха; оставались, однако, проблемы двигателей и управления полётом.