Развитие авиации набирает темп

1880-е годы стали периодом интенсивного изучения, для этого времени были характерны исследования «учёных джентльменов», которые вносили наибольший вклад в науку до XX века. Началом в исследованиях 1880-х было строительство первых действительно практически пригодных к эксплуатации планёров. Основной вклад внесли три человека: Отто Лилиенталь, Перси Пильчер и Октав Шанют. Один из первых действительно современных планёров был построен Джоном Дж. Монтгомери; он совершил управляемый полёт недалеко от Сан-Диего 28 августа 1883. Только много лет спустя информация о его полёте стала общеизвестна. Дельтаплан Вильгельма Кресса был построен в 1877 недалеко от Вены.

Немец Отто Лилиенталь повторил опыты Венхэма и значительно развил его в 1874, издав его исследования в 1889 г. Он также сконструировал ряд лучших по своему времени планеров, и в 1891 уже мог совершать полёты на 25 метров или более. Он строго документировал свою работу, включая фотографии, и по этой причине он считается одним из самых известных ранних пионеров авиации. Он также продвигал концепцию «подпрыгнуть прежде, чем полететь», которая заключалась в том, что изобретатели должны начать с планёров и суметь их поднять в воздух, вместо того, чтобы просто разрабатывать машину с двигателем на бумаге и надеяться, что она будет работать. Его тип летательного аппарата сегодня известен как ручной планер.
Ко времени его смерти в 1896 он совершил 2500 полётов на разных аппаратах, когда порыв ветра сломал крыло его последнего планера, в результате чего Лилиенталь упал с высоты около 17 м, получив перелом позвоночника. Он умер на следующий день, его последними словами были: «жертвы должны быть принесены». Перед самой смертью Лилиенталь работал над небольшими двигателями, которые было бы возможно установить на его аппараты

Продолжив дело Лилиенталя, Октав Шанют рано вышел в отставку, и финансировал строительство нескольких планёров. Летом 1896 его несколько его аппаратов совершили серию полётов на Миллер Бич, Индиана, и в конечном счёте он сделал вывод, что наиболее удачной конструкцией был биплан. Также как и Лилиенталь, он документировал всю свою работу и фотографировал её результаты, кроме того, он вёл переписку со многими энтузиастами авиации со всего мира. Шанют особо интересовался решением проблемы естественной стабильности летательного аппарата в полёте, то, что птицы исправляли инстинктивно, но то, что люди должны будут делать вручную. Основной проблемой была продольная стабильность, потому что, поскольку угол атаки крыла увеличился, центр давления смещался вперёд и увеличивал угол атаки ещё больше. Без немедленного исправления аппарат неизбежно сваливался.

В течение этого периода было сделано множество попыток сконструировать самолёт, оснащённый двигателями. Однако большинство этих усилий было обречено на неудачу, так как они разрабатывались любителями, которые не имели полного понимания проблем, изучаемых Лилиенталем и Шанютом.

В 1882 Александр Можайский недалеко от Красного Села, Россия создал и испытал моноплан с двумя паровыми машинами, который, по некоторым ничем неподтвержденным сообщениям, якобы смог самостоятельно оторваться от земли после разбега. Однако сам "полет" был неудачным: сразу после отрыва самолет потерял скорость и рухнул на крыло. Для продолжения исследований денег у А.Ф Можайского не нашлось.^[16].
Исследования, проведённые в ЦАГИ в 1980-х годах, показали, что самолёт Можайского не был способен к устойчивому горизонтальному полёту ввиду недостатка мощности силовой установки, а кроме того — не имел никаких органов управления для компенсации возникающего в полёте крена, то есть, был частично не управляем; тем не менее, не исключается возможность того, что при определённых обстоятельствах он мог после разбега оторваться от земли благодаря экранному эффекту, а после этого резко потерять подъёмную силу и свалиться на крыло, что соответствует описаниям испытаний очевидцами.

Француз Клемент Адер успешно запустил Eole, оснащённый паровой машиной, сделав короткий 50-метровый полёт недалеко от Парижа в 1890, совершив первый самопродвигаемый полёт на «большое расстояние» в истории^. После этого испытания он немедленно начал большой проект, который занял пять лет. Однако, этот аппарат, Avion III, был слишком тяжёл и был едва способен оторваться от земли. Самолет по сообщениям мог лететь на расстояние около 300 метров на маленькой высоте

Сэр Хайрам Стивенс Максим изучил ряд проектов в Англии, после чего сконструировал огромный аппарат весом 3 175 кг с размахом крыла 32 м, оснащённый двумя модернизированными облегчёнными паровыми двигателями мощностью 180 л. с. (134 кВ) каждый. Максим построил этот аппарат для изучения основных проблем конструкции и двигателей, но не управления, и, понимая, что полёт будет опасным, он испытывал его на специально построенном для этого рельсовом пути длиной 550 м. После большого числа испытательных пробегов, прошедших без каких-либо проблем, 31 июля 1894 началась серия пробегов при увеличивающейся мощности двигателей. Первые два были успешны, аппарат «летел» на рельсах. Тогда днём запустили три котла на полную мощность, и после достижения скорости 68 км\час через 180 м, машина взлетеланастолько резко, что столкнулась с верхним рельсом, сделанным специально для ограничения высоты полёта (по иронии судьбы — он должен был обеспечивать безопасность испытаний), и разбился сразу после этого. Средства заканчивались, и до 1900-х изобретатель продолжать свою работу не мог, однако впоследствии он смог проводить испытания меньших аппаратов на бензиновых двигателях.

В Великобритании попытка создания аппарата тяжелее воздуха была предпринята пионером авиации Перси Пильчером. Пильчер построил несколько рабочих планёров, Летучая мышь, Жук, Чайка и Ястреб, на которых он успешно летал в середине-конце 1890-х. В 1899 он построил опытный образец самолёта с двигателями, который, как показало недавнее исследование, был способен к полёту. Однако Пильчер умер после несчастного случая с планёром прежде, чем он смог проверить это, и о его планах забыли на многие годы.

Эра Пионеров»)

Первыми летательными аппаратами, которые стали выполнять регулярные контролируемые рейсы, стали мягкие дирижабли (позже названные «блимпы» (от англ. «толстяки», «неуклюжие»)); самый успешный ранний проект этого типа летательного аппарата был разработан бразильцем Альберто Сантос-Дюмоном. Сантос-Дюмон эффективно установил на воздушный шар двигатель внутреннего сгорания. 19 октября 1901 он стал всемирно известен, после того как он на своём дирижабле «Номер 6» пролетел над Парижем из Сен-Клу, вокруг Эйфелевой Башни и вернулся менее чем через тридцать минут, чтобы выиграть приз. После такого успеха своих дирижаблей Сантос-Дюмон спроектировал и построил ещё несколько аппаратов.

В то же самое время, когда мягкие дирижабли начали завоёвывать признание, развитие твердых дирижаблей также не стояло на месте. Впоследствии именно твердые дирижабли смогли переносить больше грузы, чем самолёты, в течение многих десятилетий. Конструкция таких дирижаблей и её развитие связаны с немецким графом Фердинандом фон Цеппелином.

Строительство первых дирижаблей-Цеппелинов началось в 1899 на плавающем сборочном цехе на Боденском озере в Заливе Манзелл, Фридрихсхафен. Он было предназначено для того, чтобы упростить процедуру старта, поскольку цех мог плыть по ветру. Опытный дирижабль «LZ 1» (LZ обозначало «Luftschiff Zeppelin») имел длину 128 м, на нём были установлены два двигателя Даймлер мощностью 14.2 л.с. (10.6 кВ) и балансировался путём перемещения веса между его двумя гондолами.

Первый полёт Цеппелина состоялся 2 июля 1900. Он продолжался в течение всего 18 минут, поскольку LZ 1 был вынужден приземлиться на озеро после того, как механизм балансирования веса сломался. После ремонта аппарата технология жёсткого дирижабля успешно была испытана в последующих полётах, побив рекорд скорости на 6 м/с французского дирижабля Франция на 3 м/с, но этого ещё было недостаточно для привлечения значительных инвестиций в дирижаблестроение. Это произошло через несколько лет, в результате граф получил необходимое финансирование.

Лэнгли

После выдающихся успехов в астрономии и во время работы в Смитсоновском институте в качестве Секретаря, Самуэль Пирпонт Лэнгли начал серьёзные исследования в области аэродинамики в учреждении, которое называется сегодня Университетом Питтсбурга. В 1891 он издал детальное описание своих исследований — «Эксперименты в Аэродинамике», а затем начал конструировать свои аппараты. 6 мая 1896 «Аэродром Лэнгли номер 5» совершил первый успешный неуправляемый полёт габаритного аппарата тяжелее воздуха с двигателем. Он был запущен с помощью пружинной катапульты, установленной на вершине плавучего дома на реке Потомак около Квантико, Вирджиния. Два полёта были совершены в этот день, один на 1 005 м и второй на 700 м со скоростью около 41 км в час. В обоих случаях «Аэродром номер 5» с целью сохранения аппарата целым, он был посажен на воду, так как не был оборудован механизмом приземления.

28 ноября 1896 был совершён ещё один успешный полет с «Аэродромом номер 6». Этот полёт был засвидетельствован и сфотографирован Александром Грэмом Беллом. Аппарат пролетел 1 460 м «Аэродром номер 6» являлся модификацией более раннего аппарата «Аэродром номер 4». Тем не менее, изменения были настолько значительны, что он получил другой номер.

После успехов «Аэродрома номер 5» и «номер 6» Лэнгли начал искать финансирование для строительства полномасштабной версии аппарата, способного поднять человека. В условиях идущей Испано-американской войны американское правительство предоставило ему 50 000 долл. для создания летательного аппарата, способного переносить человека, для разведывательных целей. Лэнгли планировал строительство увеличенной версии, известной как «Аэродром А», и начал работу с меньшего аппарата, получившего название «Четверть Аэродрома», который дважды поднимался в воздух 18 июня 1901, и затем ещё раз с более современным и более мощным двигателем в 1903.

К базовому аппарату, очевидно успешно испытанному, Лэнгли стал подбирать подходящий двигатель. Он заключил контракт со Стивеном Балзером на постройку одного из них, но был разочарован, так как его мощность составила только 8 л.с. (6 кВт) вместо требуемых 12 л.с. (9 кВт). Помощник Лэнгли, Чарльз М. Мэнли, после этого переработал проект в с двигателем со звездообразно расположенными пятью цилиндрами и водяным охлаждением, который развивал мощность 52 л.с. (39 кВт) при 950 оборотах в минуту, этот результат был удвоен только спустя годы. Имея двигатель и планер, Лэнгли мог собрать аппарат, на которые возлагал большие надежды.

К сожалению, построенный самолёт оказался был слишком хрупким. Лэнгли, очевидно, не учёл эффект масштабирования, и простое увеличение в размерах изначально маленьких моделей привело к созданию конструкции, которая была слишком тяжела, чтобы удержать себя. Два запуска в конце 1903 закончились падением «Аэродрома» в воду сразу после запуска.

Его попытки получить дальнейшее финансирование были неудачными, и вскоре после того, как он прекратил работу братья Райт совершили успешный полёт на своем аппарате Флайер.

Гленн Кёртисс сделал несколько модификаций «Аэродрома» и совершал успешные полёты на них в 1914 — таким образом Смитсоновский институт имеет основания утверждать, что «Аэродром» Лэнгли был первым аппаратом, «способным к полёту».

Густав Уайтхед

14 августа 1901 в Файрфилде, Коннектикут, Густав Уайтхед совершил полёт длиной около 800 м на оснащённом двигателем аппарате на 15-метровой высоте, о чём сообщили газеты Bridgeport Herald, New York Herald и Boston Transcript. Никаких фотографий полёта сделано не было, но существует рисунок — самолёт в воздухе -, сделанный репортёром Bridgeport Herald Диком Хауэллом, который присутствовал при полёте вместе с помощниками Уайтхеда и другими свидетелями. Эта дата предшествует первому полёту братьев Райт более чем на два года. Несколько свидетелей поклялись и подписали показания под присягой о ряде других полетов в течение лета 1901 до случая, описанного выше, который стал достоянием прессы.

Пример таких показаний:

«Летом 1901 он пролетел на машине от Говард Авеню Ист до Уордин Авеню, пролетев по границе собственности, принадлежащей газовому заводу. Харуорт вспоминает, после приземления летающая машина просто перевернулась, а последующий „прыжок“ вернул его на Говард Авеню.»

(Согласно старым и современным картам это расстояние составляет около 200 м.)

Аэроклуб Бостона и промышленник Хорсман из Нью-Йорка Нанимали Уайтхеда в качестве специалиста по ручным планёрам, авиамоделям, воздушным змеям и двигателям для летательных аппаратов. Уайтхед пролетел небольшое расстояние на своём планёре.

Согласно сообщениям свидетеля^. Уайтхед пролетел около 1 км в Питсбурге ещё в 1899. Этот полёт закончился крушением, когда Уайтхед попытался избежать столкновения с трехэтажным зданием, пролетая над домом. После этого крушения Уайтхеду запретили любые дальнейшие эксперименты с полётами в Питсбурге. По этой причине он переехал в Бриджпорт.

В январе 1902, по его утверждению, он пролетел 10 км над Лонг Айленд Саунд на модернизированном Номер 22.

В 1930-х свидетели дали 15 подтвержденных присягой и подписанных показаний под присягой, большинство из них засвидетельствовало полёты Уайтхеда; каждый из них засвидетельствовал полёт над Саунд. Две современных точных копии его Номер 21 успешно совершили полёт.

Братья Райт

Следуя принципу Лилиенталя прыжка перед полётом, братья построили и испытали ряд бумажных змеев и планёров с 1900 по 1902 до того, как построить аппарат с двигателем. Планёры успешно летали, однако не так, как Райт ожидали, исходя из экспериментов и писем их предшественников XIX века. Подъемная сила их первого планера, запущенного в 1900 году, составляла около половины ожидаемого уровня. Их второй планёр, построенный в следующем году, оказался ещё менее удачным. После этого Райт построили собственную аэродинамическую трубу и создали большое количество сложных устройств для измерения подъёмной силы и испытали около 200 проектов крыла. В результате Райт исправили свои ранние ошибки в вычислениях аэродинамических показателей крыла, хотя они не учитывали эффект Рейнольдса (известного с 1883), который дал им ещё большее преимущество. Их испытания и вычисления позволили построить третий планёр, на котором они летали в 1902. Он был сделан намного лучше предыдущих моделей. В итоге, установив строгую систему проектирования, испытании в аэродинамической трубе и лётные испытания опытных полноразмерных образцов, Райт не только построили действующий самолёт, но также внесли вклад в современный подход к авиастроению.

Флайер-1 братьев Райт: первый подтверждённый полёт управляемого самолёта с двигателем.

Братья Райт, по видимому, являлись первой командой авиастроителей, которая проводила серьёзные исследования одновременного решения проблем управления и двигателей. Обе проблемы оказались трудными, но они никогда не теряли интереса к ним. В итоге они разработали и построили двигатель, который мог обеспечить необходимую мощность и решили проблему управления с помощью системы, известной как «перекос крыла». Хотя этот метод использовался только в течение очень короткого периода истории авиации, он был эффективен при низких скоростях полёта, этот метод стал ключевой точкой в развитии управления летательными аппаратами, приведя непосредственно к созданию современных элеронов. В то время как многие пионеры авиации, в вопросах безопасности полёта полагались в значительной степени на удачу, в проекте Райт учитывалась потребность полёта без неблагоразумного риска для жизни и здоровья, избегая аварий. Именно это, а не недостаток мощности, было причиной для низкой скорости и для взлёта при встречном ветре. Это была также причиной для конструкционного решения с центром тяжести сзади, схемы утка, и крыльев с отрицательным углом в поперечной плоскости.

Согласно Смитсоновскому институту и ФАИ Райт совершили первый длительный управляемый полёт аппарата тяжелее воздуха с двигателями в песчаных дюнах в 8 км от Китти Хаук, Северная Каролина 17 декабря 1903

Первый полёт совершил Орвилл Райт, преодолев 37 м за 12 секунд, что было зарегистрировано на известной фотографии. В четвёртом полёте в тот же самый день Уилбер Райт пролетел 260 м за 59 секунд. Полёты были засвидетельствованы 4 свидетелями и деревенским мальчиком, в результате чего их первые публичные полёты и являются первыми хорошо задокументированными.

Уилбер начал четвёртый и последний полёт около 12 часов. Первые несколько сотен футов самолёт поднимался и опускался, как и перед этим, однако получив опыт управления, он смог гораздо лучше им управлять. Этот полёт оказался наиболее продолжительным, за 59 секунд было преодолено расстояние в 260 м. После последнего приземления каркас сильно пострадал, однако главная часть машины осталась целой. Братья оценили, что аппарат мог быть приведен в лётное состояние через один-два дня. ^[19] Каждый полёт самолёта 14 и 17 декабря — в особенно тяжёлых условиях 17-го — заканчивался жестким и непреднамеренным приземлением.

При восстановлении аппарата Флайер-III после серьёзной аварии 14 июля 1905 Райт сделали радикальные перемены в конструкции. Они почти удвоили размер элеватора и руля и перенесли их вдвое дальше от крыльев. Они добавили две жёсткие вертикальные лопасти («блинкерсы») между элеваторами, и дали крыльям очень небольшой положительный угол. Они отсоединили руль восстановленного Флайера-III от управления перекосом крыла, и, как во всем будущем самолете, стали использовать отдельную ручку управления. При испытаниях Флайера-III, возобновленных в сентябре, результат был получен почти немедленно. Резкие взлёты, спуски и повороты, которые мешали пилотированию Флайеров-I и -II, прекратились. Незначительные аварии, которые преследовали братьев Райт, также завершились. Полёты на перепроектированном Флайере-III начались с длительностей более 20 минут. Таким образом Флайер-III стал реальным, кроме того, надёжным самолётом, который мог лететь продолжительное время и вернуть пилота к отправной точке благополучно, приземлившись без повреждений. 5 октября 1905 Уилбер пролетел 38.9 км за 39 минуты 23 секунды.

Согласно апрельскому выпуску 1907 года журнала Scientific American, братья Райт обладали наибольшим знанием об управлении аппаратов тяжелее воздуха в то время. Однако тот же самый выпуск журнала также подтверждает, что никаких публичных полётов не было сделано в США до этого апрельского выпуска 1907.