Первый летательный аппарат леонардо да винчи. Невероятные изобретения леонардо да винчи

Калик Константин Александрович

МБОУ СОШ села Красный Ключ

с. Красный Ключ, Нуримановский район, Республика Башкортостан

Луцкая Лариса Алексеевна, учитель МБОУ СОШ с. Красный Ключ

Историко-исследовательская работа на тему « Есть ли будущее у орнитоптеров?»

1.Введение.

2.Орнитоптер Леонардо да Винчи.

3.Дальнейшие разработки орнитоптеров.

4.Современное конструирование орнитоптеров.

5.Современная классификация орнитоптеров.

6.Конструирование орнитоптера в домашних условиях.

7.Заключение.

8. Источники информации.

Введение

На протяжении всей своей истории человек предпринимал попытки подняться в небо. Древние, имея перед глазами пример птиц, не могли представить иного способа полета. В завораживающем своей легкостью парении птицы древние мифотворцы видели надежду на осуществление мечты подняться в небо. Именно поэтому первые летательные аппараты создавались по их подобию. Легенда о машущем полете жива со времен древних греков. Нам знаком миф Древней Греции об Икаре, сыне Дедала, рассказанный Овидием. По преданию, Дедал, попавший в плен к царю Миноса вместе со своим сыном Икаром, долго искал способ бежать и наконец, нашел его. «Если нельзя уйти ни по земле, ни по воде, то я убегу такой дорогой, где Минос бессилен: я улечу по воздуху»,- говорит Дедал. Согласно повествованию, он долго собирает перья птиц для того, чтобы сделать крылья для себя и своего сына. Когда крылья были готовы, беглецы поднимаются на них в небо. Икар, забыв предостережения отца, взмывает слишком высоко - воск, скрепляющий перья тает на солнце и мальчик, падая в море, погибает.

Однако попытки подняться в небо не были оставлены. «Мы встречаем опять беспочвенные попытки летать на аппаратах, наивно имитирующих птиц, или новые исследования... частично повторяющие исследования Леонардо...» Так писал об этом времени замечательный советский ученый в области ракетно-космической техники М.К. Тихонравов в своей книге «Полет птиц и машины с машущими крыльями». Более того, точно такие же попытки повторяются в 30-х годах нашего столетия и, по крайней мере, в проектах, неистребимо живут до наших дней.

Целью моей работы является изучение известных истории проектов по созданию орнитоптеров и перспектив их развития в будущем.

1) Изучить сведения по теме, используя научно-популярную литературу, ресурсы Интернет;

2) собрать интересные факты об орнитоптерах;

3) попытаться самостоятельно, используя чертежи и схемы, собрать модель орнитоптера;

4) подготовить материал для классных часов.

Орнитоптер (от греческого ornithos "птица" и pteron "крыло") - воздушное судно тяжелее воздуха, которое поддерживается в полете за счет реакций воздуха с его плоскостями, которым придается маховое движение. В русском языке также есть синонимы этого слова - махолет и птицекрылый или машущекрылый летательный аппарат.

В XI веке бенедиктинский монах Оливье из Мальмсбер совершил полет с вершины монастырской стены с помощью крыльев, сделанных, согласно описанию полета Дедала и Икара, из склеенных между собой перьев. Ему удалось пролететь 120 шагов, после чего он упал и сломал ноги. Неудачи, падения не помешали человеку вновь и вновь подниматься в небо. Желание покорить небо оказалось сильнее страха.

Орнитоптер Леонардо да Винчи

Пожалуй, самым известным конструктором орнитоптеров был Леонардо да Винчи. Это был «универсальный человек» - преуспел в живописи, скульптуре, музыке, математике, архитектуре… Леонардо был убежден, что «человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух». Уверенный в своей правоте, он придумал аппарат, который позволил бы человеку парить в воздухе, как птица, размахивая большими механическими крыльями, приводимыми в движение только силой мышц. Чтобы сконструировать орнитоптер, Леонардо да Винчи детально изучал анатомию птичьего крыла. На основе своих наблюдений за птицами, летучими мышами, стрекозами, Леонардо создал десятки изображений разных летательных конструкций, которые имели интересные инженерные решения. До наших дней сохранились чертежи нескольких моделей орнитоптеров. Свой первый летательный аппарат Леонардо да Винчи построил в 1485-1487 годах. В этом орнитоптере человек должен был находиться в лежачем положении. Для полета планировалось задействовать его силу рук и ног. Ноги вдеты в стремена так, что одна нога поднимает крыло, другая опускает, а затем наоборот. Крылья конструкции сгибаются и вращаются при помощи веревок и рычагов. Это должно было создать помимо подъемной силы, силу направленную вперед, необходимую для горизонтального полета.

Летательная конструкция Леонардо да Винчи

Леонардо не только привел подробное описание конструкции, но и дал рекомендации об испытаниях аппарата. В его записях были найдены следующие строки: "Этот прибор ты испытаешь над озером и наденешь в виде пояса длинный мех, чтобы при падении не утонуть. Надобно также, чтобы опускание крыльев производилось силою обеих ног одновременно, дабы ты мог задерживаться и балансировать, опуская одно крыло быстрее другого, смотря по надобности, так, как ты видишь, это делают коршуны и другие птицы. И притом опускание посредством двух ног всегда бывает более мощным, чем посредством одной... А поднимание крыльев должно совершаться силою пружины или, если хочешь, рукою, а еще лучше поднятием ноги, это - лучше, потому что руки у тебя тогда свободнее".

Еще одним вариантом орнитоптера, предложенным Леонардо, был аппарат, в котором человек должен был осуществлять взмахи крыльями, наподобие велосипедиста вращая ногами колеса, соединенные рычагами с силовой конструкцией крыльев. На рисунке мы видим нечто похожее на колокольчик, подвешенный перед лицом "пилота". Многие исследователи до сих пор не могут разгадать, что же это могло быть. Возможно - это маятник, необходимый для индикации положения в пространстве. Ведь примерно в 1485 г. ученый сделал эскиз такого устройства.

Наиболее известный проект Леонардо да Винчи - орнитоптер-лодка. Эту модель он разработал примерно в 1487 году.

Орнитоптер - лодка

Вероятно для того, чтобы взлететь, человек должен был сидеть или стоять в лодке, двигая соединенные с крыльями рычаги. Еще один рычаг был необходим для поворотов горизонтального руля, который по форме напоминает хвост птицы.

В конце 1480 года Леонардо да Винчи создает большую модель летательного аппарата с парой крыльев. Стоящий в чаше человек приводит в движение крылья с помощью системы блоков. Интересный факт: в этой конструкции было убираемое с помощью тросов шасси. Сам Леонардо рассуждал так: «Я решил, что стоять на ногах лучше, чем лежать плашмя, ибо прибор никогда не может перевернуться вверх ногами…». Считается, что эта конструкция - одна из наименее удачных конструкций орнитоптеров Леонардо да Винчи. Большие размеры не оставляли шанса подняться этому аппарату в воздух.

Аппарат, в котором человек, наподобие велосипедиста, вращая ногами, мог приводить в движение крылья

Однако попыток поднять человека в небо Леонардо да Винчи не оставлял. Наблюдение за птицами натолкнуло его на мысль о том, что основная тяга в полете создается концевыми частями крыла. Наконец в самом конце XV в. Леонардо делает чертеж совершенно нового проекта орнитоптера - с крылом, состоящим из двух шарнирно соединенных частей. Взмахи должны были осуществляться внешними частями, составляющими около половины общей площади крыла. Данная идея, являющаяся первым шагом в зарождении концепции аппарата с неподвижным крылом - самолета, нашла практическое воплощение в последнем десятилетии XIX века в экспериментах знаменитого немецкого пионера авиации О. Лилиенталя. Известно, что тот пробовал совершать полеты с планером, концы крыла приводились в движение от закрепленного на его теле двигателя.

Орнитоптер с крыльями, состоящими из двух шарнирно соединенных частей

Следующий шаг Леонардо связан с исследованием им механизма парящего и планирующего полета пернатых. Он пришел к выводу: «...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».

Основываясь на этом принципе 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. Тогда пилоту летательной машины необходимо будет только обеспечивать равновесие с помощью 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», - пишет Леонардо да Винчи в 1505 году. Опираясь на разработанную им концепцию, ученый задумал создать новый тип летательного аппарата. Скорее всего, он должен был принципиально отличаться от орнитоптеров прежних лет. По мнению итальянского исследователя творчества Леонардо да Винчи Р. Джакомелли, это мог быть моноплан с размахом крыльев приблизительно 18 м, предназначенный для полетов в восходящих потоках воздуха (по современной терминологии - планер-паритель). Крылья были подвижные, но по сравнению с предшествующими проектами подвижность их была весьма ограничена и служила бы только для балансировки. Пилотируемая "искусственная птица" должна была стартовать с вершины горы Монте Чечери (гора Лебедя) в окрестностях Флоренции и, подхваченная вертикальными потоками, подняться в воздух. В предвкушении события, в своем «Трактате о полете птиц» Леонардо да Винчи писал: «Большая птица начнет первый полет со спины своего исполинского лебедя, наполняя вселенную изумлением, наполняя молвой о себе все писания, - вечной славой гнезду, где она родилась». Однако Италии не суждено было стать родиной планеризма. Загруженный многочисленными заказами, Леонардо так и не смог приступить к осуществлению своей идеи.

Дальнейшие рассуждения привели Леонардо да Винчи к мысли, что необходимо построить такой аппарат, который приводил бы себя в движение сам. Человек же должен сохранять полную свободу, чтобы управлять им. Эта идея была близка к идее постройки аэроплана. Не хватало лишь одного - идеи мотора.

Работы Леонардо да Винчи долго оставались безвестными. Но, анализируя историю развития взглядов на авиацию, можно сделать однозначный вывод: идея самолета зародилась не сама по себе, а "выросла" из проектов аппаратов с машущим крылом, автором первых из которых был великий Леонардо.

Дальнейшие разработки орнитоптеров

История развития авиации свидетельствует, что накоплением научных знаний с постановкой практических опытов с летательными моделями интенсивно занимались во всём мире в 40-80-х годах позапрошлого столетия. В своей работе мы попытаемся систематизировать отдельные факты попыток освоения воздушного пространства в отдельно взятых странах.

Орнитоптеры в России

Много интересных сведений о попытках русского человека взлететь можно почерпнуть, прочитав статью Эдуарда Кудрявцева «Создание махолета: от гадкого утенка до белого лебедя». Приведем несколько выписок:

1699 г. Стрелец Вязанский Серов делал в Ряжске крылья. Из крыльев голубей великие, и по своей обыкновенности хотел лететь, но только поднялся аршин на 7, перекувырнулся и упал на спину, но не больно. (Из дела в воеводской канцелярии 1693 года).

1724 года в селе Пихлеце Рязанской провинции: прикащик Перемышлева фабрики Островков вздумал летать по воздуху. Зделал крылья из бычачьих пузырей, но не полетел; после зделал как тесемки… По сильному ветру подняло его выше человека, и кинуло на вершину дерева и едва сошел расцарапавшись весь. (из записок Боголенова).

1720 года в селе Ключе, недалеко от Ряжска, кузнец Черная Гроза называвшийся зделал крылья из проволоки, надевал их как рукава; на вострых концах надеты были перья самые мягкие как пух из ястребков и рыболовов, и по приличию на ноги тоже как хвост, а на голову как шапка с длинными мягкими перьями; летал так мало дело ни высоко ни низко, устал и опустился на кровлю церкви, но поп крылья сжег, а его (кузнеца.— Э. К.) едва не проклял. (Из дела воеводы Воейкова 1730 года).

Но как ни интересны факты, все это “дела давно минувших дней, преданье старины глубокой”. А как же наш уже ушедший век? Как далеко продвинулись изобретатели от модели махолета с мотором из скрученной резины, так называемой “птичкой Пено” (фамилия французского ученого), которая, махая крылышками, пролетела десяток метров, пока хватило завода?

1871 год. Кандидат Санкт-Петербургского университета Михневич придумал конструкцию птицелета. Машущие крылья шарнирно прикреплялись к перекладине, а концы их стягивались пружинами. Давление воздуха должно было поднимать крыло вверх, пружина — оттягивать.

Однако идея не была одобрена.

Птицелёт Михневича 1871 г.

В 1895 году в Петербурге на выставке новейших изобретений состоялся показ незаконченного орнитоптера конструкции А.Н. Костикова-Алмазова. Его высота составляла порядка 4-х метров. У конструкции было собственное имя "Летательный экипаж XX-го века", которое дал ему изобретатель. После выставки Костиков - Алмазов через газету обратился к населению с просьбой собрать средства для завершения своих работ: “Прошу добрых людей помочь мне во имя человеческой гуманности построить упомянутый экипаж, дабы возродить в полусветной стране России новое техническое творчество. Мне требуется на окончание 300 рублей, на алюминий 200 руб., на парусину и другие материалы 350 руб. Кроме того, требуется два мотора: в 50 сил и 30 сил. Прошу, нельзя ли будет воспользоваться для полета”. Однако спонсоры так и не были найдены.

Примерно в эти же годы инженер Татаринов на выделенные правительством средства разрабатывал свою модель орнитоптера. Крылья он выбрал с зонтичной поверхностью. На них располагались самооткрывающиеся клапаны как и в конструкции Дегена. Была предусмотрена установка двигателя. Однако работа так и не была окончена.

Первый махолёт, построенный в России в начале ХХ века больше известен как орнитоптер Смурова. Аппарат имел мотоциклетный двигатель в 3,5 л.с., от которого имелся привод на крылья и колёса. По замыслу автора, аппарат должен был разгоняться на старте тяговым усилием своих передних колёс от двигателя, а после переключения двигателя на крылья - взлетать. Параметры махолета, сконструированного Смуровым: частота взмахов 60-80 в минуту, площадь крыльев 13,5 кв.м., масса пустого аппарата 80 кг, из неё двигателя 26 кг. Орнитоптер был построен В.М. Смуровым в Сибири. В Москву был привезён в 1913 году, где изобретатель впервые пробовал испытывать его на московском аэродроме в присутствии Н.Е. Жуковского. Однако при испытаниях орнитоптер не взлетел.

Махолёт Смурова 1901г.

«Лета́тлин» — безмоторный индивидуальный летательный аппарат, орнитоптер. Концептуальное произведение искусства Владимира Татлина, осуществлённое им с бригадой помощников в 1929—1932 годах. «Летатлин» был сделан в трёх почти идентичных экземплярах, из которых, с некоторыми утраченными деталями, сохранился один. Непосредственно к воплощению замысла орнитоптера Татлин приступил в 1929 году. В бригаду помощников вошли Г. А. Сотников, Г. С. Павильонов, А. В. Щепицын, А. Е. Зеленский, студенты Вхутеина, хирург М. А. Гейнце, лётчик-инструктор А. В. Лосев.

Специальная мастерская для изготовления орнитоптера была устроена в угловой башне Новодевичьего монастыря. В мае 1932 года в Итальянском дворике Музея изящных искусств прошла выставка, на которой был представлен «Летатлин». Испытания одного из аппаратов не состоялись из-за повреждений при транспортировке. После ликвидации мастерской в Новодевичьем монастыре орнитоптер так и не был опробован. После смерти в 1953 году Татлин «вернулся» в Новодевичий монастырь уже без «Летатлина» — захоронением праха в колумбарии Новодевичьего кладбища.

Не имея возможности хранить аппараты из-за больших размеров в своей мастерской, Татлин передал все три экземпляра в различные ведомства. «Летатлин № 1» находился, по сведениям Татлина, в фондах выставки «Художники РСФСР за 15 лет». «Летатлин № 2», по мнению Татлина, в 1933 году находился в Центральном совете Всесоюзного общества изобретателей. Оба экземпляра были этими ведомствами безответственно утрачены.

Единственный сохранившийся вариант аппарата «Летатлин № 3» (с некоторыми утраченными деталями) в 1933 году, по сведениям Татлина, находился в Музее Осовиахима и затем, после нескольких перемен в организации авиационных музеев, поступил в Центральный государственный музей авиации и космонавтики имени Н. Е. Жуковского в городе Монине (в настоящее время Центральный музей Военно-воздушных сил Российской Федерации).

«Летатлин № 3» изначально был предназначен автором не для полётов, а для визуального восприятия — как самодостаточное художественное произведение. Именно по этой причине он был оставлен Татлиным без скрывающей конструкцию «обтяжки».

Орнитоптер Владимира Татлина - Летатлин, 1932 г.

В 1935 году Б.И Черановский проводит опыты по полётам на орнитоптерах-планерах. Последний, получил наименование БИЧ-18. Он испытывался по специальной программе, которая предусматривала испытания его сначала как планера, а затем как орнитоптера. Конструкция представляла собой биплан с шарнирно закреплёнными крыльями, которые приводились в движение пилотом. Маховое движение заключалось в переменном сближении и разведении крыльев (конструкция типа "двойных ножниц"). 10 августа 1937 г. пилот Р.А. Пищуев совершил первый полет. Испытания выявили хорошие качества планера, а вторая часть испытаний показала, что машущий режим не дает значительного эффекта. Причина заключалась в постоянстве угла установки крыльев и их жестком аэродинамическом профиле. Дальнейшие испытания летательного аппарата были прекращены.

Планёр-орнитоптор Б.И. Черановского (БИЧ- 18, 1935 г.)

Значительный вклад в изучение машущего полета внесли академики М.К. Тихонравов, Г.И. Петров. В 1981 году группа студентов и инженеров под руководством профессора М.К. Тихонравова осуществила и продемонстрировала машущий полет. С тех пор ими были испытаны радиоуправляемые модели махолетов весом 7-10 кг; созданы проекты больших пилотируемых машущекрылых летательных аппаратов различного назначения. Завершено проектирование пилотируемого человеком махолета, способного перелететь через Ла -Манш.

Помимо вышеперечисленных разработок так же можно было бы рассказать об орнитоптерах конструкторов: А. Ю. Маноцкий (1955 г.), Д.И. Ильин (1965 г.), А. Шиуков и В.Андрев, В. А.Киселёв (1981 г.), В.М.Топоров (1983-1992 г.).

Птицелет Дмитрия Ильина

Конструкция Маноцкова «Кашук»

Большой вклад в изучение машущего полета и создание махолетов внес инженер Владимир Михайлович Топоров. Команда под его руководством создала несколько моделей махолетов. В 1983 году была разработана модель «Илона» весом 3,5 кг. Она отрывалась от земли, взлетала, но сразу же падала. Годом позже была сконструирована еще одна резиномоторная модель РМ-4 для полета с меньшими скоростями, чем у "Илоны". Малые скорости позволяли страховать модель при полете несложным приспособлением типа удочки рыболова. Однажды модель оторвалась от асфальта и пролетела 17,5 секунд.

В 1987 году создали полноразмерный махолет "Истина" с мотором от мотоцикла "Планета-Спорт", под человека.

Махолёты Владимира Михайловича Топорова

В 1987 году "Истину" испытывал на авиасалоне в Тушино летчик-испытатель Владимир Макагонов (с сосновыми крыльями, с хвостовым колесом). Аппарат все же оторвался от земли, несмотря на свой вес (170 кг). Это зафиксировали видеокамеры. Махолет на малых скоростях разворачивался "задом - наперед". Зимой 1988-1989 года махолет "бегал" ровно, не задевал на пруду рыбаков и в конце зимы два раза оторвался от земли где-то на полметра, затем (16 апреля) провалился в воду. Позднее были созданы модели «Петруша», «Джордано», «Невидимка», «Азазель».

Разработки орнитоптеров за рубежом

Конструкторы всего мира работали над созданием модели, имитирующей полет птицы. Уже в 1647 году первая модель аэроплана с мотором совершила полет. Ее разработчиком был итальянец Титус Ливио Бураттини. Описание этого аппарата сохранилось до наших дней: он имел четыре пары крыльев и хвостовое оперение. Две средние пары были неподвижны, движение по принципу орнитоптера осуществлялось за счет пружин, установленных на передней и задней парах крыльев. Через восемь лет Роберту Гуку удалось повторить эксперимент и запустить в воздух свою модель орнитоптера.

Во Франции в 1781 году Бланшар объявил о своем изобретении в газете «Журналь де Пари». На крестообразной подставке должно было располагаться судно полтора метра длиной и три четверти шириной, состоящее из тоненьких палочек. Крылья, образующие зонт диаметром 6 метров предполагалось крепить на двух деревянных стойках. Однако изобретатель публике представил совсем другую конструкцию.

Густав Труве в 1801 году предоставил во французскую Академию наук оригинальный орнитоптер (механическая птица). Этот летательный аппарат напоминал сказочного дракона с распущенными крыльями. Крылья были прикреплены к ножкам подковообразной изогнутой трубки. Последовательное повышение и понижение давление воздуха в этой трубке приводили к колебательным движениям её ножек, а вместе сними и крыльев. Такие движения вызывались последовательными взрывами патронов, помещенных в самодействующем револьверном барабане на 12 выстрелов. На этих зарядах орнитоптер мог пролететь 75 метров. После последнего взрыва он опускался на землю красивым скользящим полетом. Модель весила 3.5 килограмма.

Модель Густава Труве 1821 г.

В Австрийской столице - Вене, изобретатель Яков Деген разрабатывает свой орнитоптер. Он сконструировал модель со створчатыми крыльями парашютного типа, которые поднимались прямо вверх и опускались также. Летательный аппарат получил название ортоптер и являлся разновидностью орнитоптера. Построен он был из камыша, тонкой, пропитанной лаком бумагой, шелковых шнурков и древесины. В крыльях имелись 1200 клапанов, которые при движении крыльев вниз закрывались, а при движении вверх открывались. Свои опыты с ортоптером изобретатель проводил, подвешивая его к противовесам. Затем перешел к экспериментам с воздушным шаром, который заменил противовесы. Этим достигалось распределение подъёмной силы примерно поровну между воздушным шаром и крыльями. 12 ноября 1808 года в присутствии публики, при тихой погоде ему удалось подняться в воздух, а затем удачно приземлиться. Однако ошибка конструктора заключалась именно в использовании воздушного шара, который даже при небольшом ветре оказался помехой. При этом полёт не состоялся, ортоптер даже не оторвался от земли.

Во Франции орнитоптеры изобретал Винцент де-Гроф. Его махолёт имел крылья площадью около 20 кв.м., укрепленные в верхней части прямоугольной деревянной рамы. Пилот располагался посреди этой рамы стоя и ногами приводил крылья в движения. Дальнейшие усовершенствования этой конструкции не дали желаемого результата. Тогда изобретать решил прибегнуть к содействию воздушного шара, чтобы совершить с него спуск на своем орнитоптере. Он считал, что это поможет определить направление дальнейшего совершенствования летательного аппарата. В помощь он призвал английского воздухоплавателя по имени Симмонс. Их полёт состоялся 9 июля 1874 года. Воздушный шар вылетел из Лондона вместе с подвешенным под ним орнитоптером весом в 125 кг и его изобретателем. На высоте нескольких метров Симмонс отцепил орнитоптер. При спуске крылья под давлением воздуха поднялись вверх и надломились. Изобретатель разбился, упав на шоссе. В 1897 году Инженер Артур Штенцель в Альтоне (Германия) изготовил орнитоптер больших размеров. Его каркас был стальным с обтяжкой уже из прорезиненной ткани. Размах крыльев составлял 9.32 метра. Вес орнитоптера - 32 килограмма. Причём из этого веса 17.5 килограмм приходилось на двигатель в 3 лошадиные силы, работавший на сжатой углекислоте. Не смотря на наличие двигателя, орнитоптер летать самостоятельно не мог. Однако будучи подвешенным на проволоку при каждом взмахе крыльев мог самостоятельно продвигаться на три метра.

Махолёт Винцента де-Грофа 1874 г. Модель Артура Штенцеля 1897 г.

В 1928 году во Флориде, в Сан-Августине, изобретатель Уайт произвел ряд опытов со своим орнитоптером. Конструкция, созданная им в 1927 году вобрала в себя все новое, что могла дать лучшая в мире американская промышленность. Каркас орнитоптера Уайта был сварен из хромомолибденовых цельнотянутых бесшовных труб. Относительно короткий восьмифутовый (меньше 2.5 метров) аппарат имел крылья, размахом в целых девять метров, по непонятной причине не гладкие, а с имитацией перьев зачем-то. Для чего так? Видимо, изобретатель хотел сэкономить вес на всём, и в части веса ему это удалось. Окончательный вес аппарата составил всего-навсего 53.5 килограмма, - что неплохо даже по современным меркам. Оставался последний шаг - законченная в 1928 году машина готовилась "попробовать воздух на вкус". При пробном полёте аппарат разбился.

Модель изобретателя Уайта

Современное конструирование орнитоптеров

Современные конструкторы продолжают работать над созданием орнитоптеров. Причем работа ведется по двум направлениям: создание моделей - беспилотников и создание моделей, способных поднять в небо человека.

Создание пилотируемых орнитоптеров

Инженер-исследователь Мемориального института в городе Колумбусе, штат Огайо, Т. Харрис и преподаватель авиакосмического машиностроения Принстонского университета Д. Деларье создали двухметровую радиоуправляемую модель, но каких-либо выдающихся результатов не добились. Потом они попробовали построить пилотируемый аппарат с размахом крыла 18 м, однако проект так и не был реализован. Параллельно над проблемой машущего полета, работал руководитель летно-исследовательской лаборатории имени Распета при университете штата Миссисипи Д. Беннет. Он испытывал радиоуправляемые орнитоптеры, поднимавшиеся на тросе за автомобилем. Беннет также пришел к невеселому выводу: «Должно быть, существует веская причина, объясняющая, почему братья Райт не построили махолет». Уже в наше время за дело взялись профессионалы из британских ВВС во главе с Роем Андервудом. Используя лучшие материалы и технологии, воссоздали птицу Леонардо, но она так и не полетела. Американский конструктор Пол Маккриди, знаменитый своим самолетом с мускульным приводом, перелетевшим в 1979 г. Ла-Манш, построил в 1986 году модель птерозавраса с машущим крылом. Модель запускалась с помощью катапульты, затем она планировала, включалось машущее крыло, но так, чтобы медленные движения крыла с малой амплитудой просто не мешали модели планировать. Это была лишь внешняя имитация машущего полета. В итоге модель была продана в Смитсоновский музей.

Еще один проект разрабатывался американо-канадской группой, возглавляемой профессором Торонтского университета Джеймсом Делоуриером. В сентябре 1991 года им удалось продемонстрировать полёт радиоуправляемой модели весом 3,36 кг. В 2002 году появились сообщения, что Делоуриер построил пилотируемый махолет, который никак не может взлететь. Его обсчет по опубликованным данным показал, что этот аппарат и не мог летать. Однако полет состоялся в 2006 году, но только при помощи дополнительного ракетного двигателя. Делоуриер сам не считает это осуществлением машущего полета.

Современные пилотируемые орнитоптеры

(2006 г., Торонто, конструктор Делоуриер)

2 августа 2010 года в Тоттенхэме - канадской провинции Онтарио, "Снежная птица", конструкции Тодда Рейчерта проходит лётные испытания. Взлёт происходит при буксировке автомобилем. Орнитоптер держится в воздухе 19.3 сек. и преодолевает 145 м. со скоростью 25км/ч. Характерно, что при размахе крыльев в 32 м. вес летательного аппарата составляет всего 42 кг. В 2013 году орнитоптер разместили в Канадском музее авиации и космонавтики.

Орнитоптеры-беспилотники

Команда изобретателей из технологического университета Делфта (Нидерланды) разработали автономный летательный аппарат, который держится в воздухе, благодаря маховым движениям крыльев. Получившее название DelFly Explorer, устройство способно самостоятельно ориентироваться в воздухе, избегая столкновений с преградами, а запаса его аккумулятора хватает на 9 минут движения. Аппарат имеет размах крыльев в 28 см, а общий вес конструкции составляет всего 20 грамм.

Летательный аппарат DelFly Explorer

Миниатюрный робот-махолёт от американской компании AeroVironment размером примерно с настоящую птичку-колибри, научился выполнять различные фигуры высшего пилотажа и показал способность к зависанию и маневрированию с высокой точностью. Первые испытания он прошел еще в 2009 году. Модель может разгоняться до 18 км/ч и весит всего 19 грамм. Еще один беспилотник называется Park Hawk. Это серийный орнитоптер проекта FlappingFlight. В полете летательный аппарат повторяет движения живой птицы. Он способен набирать высоту или снижаться, меняя интенсивность взмаха крыльями. От других представителей орнитоптеров, эту модель отличает полет в режиме «мгновенного планирования». Аппарат перестает двигать крыльями и планирует в воздухе, как это получается у птиц. Для этого достаточно нажать кнопку на ПДУ. Технические характеристики: вес - около 370 г., длина - 69 см, размах крыльев - 107 см, общая площадь крыльев - 2 420 квадратных сантиметров. Park Hawk демонстрирует высокую точность в полете.

Орнитоптер Park Hawk Миниатюрный робот-махолёт

Большой интерес к БПЛА - орнитоптерам проявляют военные. Армия нуждается в БПЛА, которые будут, не просто похожи на птиц: она хочет, чтобы те летали так же тихо и манёвренно, как настоящие пернатые, — а это значит, что ей нужны орнитоптеры.

В настоящее время орнитоптеры-беспилотники широко используются в различных областях жизнедеятельности человека: геология, гражданское строительство, нефтедобыча, картография… Да и среди обычных людей немало любителей производить фотосъемку, закрепив видеокамеру на управляемый орниптоптер-беспилотник.

Современная классификация орнитоптеров

Работа не будет полностью представлена без указания видов орнитоптеров. Вернемся к определению орнитоптера. Итак, орнитоптер - это воздушное судно тяжелее воздуха, которое поддерживается в полете в основном за счет реакций воздуха с его плоскостями, которым придается маховое движение. Среди разновидностей орнитоптеров можно указать:

Планёр-орнитоптер - аппарат, который поднимается в воздух с посторонней помощью (например, с буксировкой, с помощью лебедки…);

Моторный орнитоптер - аппарат, снабженный двигателем;

Ортоптер - птицекрылый летательный аппарат;

Орнитоптер на мускульной тяге (мускулолет) - аппарат, приводимый в движение мускульной энергией пилота.

Конструирование орнитоптера в домашних условиях

Изучая научно-популярную литературу, ресурсы Интернет по данной теме, я решил сконструировать свою модель орнитоптера. Готовые чертежи и схемы найти в Интернете довольно легко. Тем более, что на отдельных сайтах можно найти пошаговое описание работы. Процесс создания модели занял довольно много времени, требовал усидчивости, аккуратности и терпения.

Моя модель орнитоптера

Я решил провести испытания модели в различных условиях. Полученные результаты представлены ниже в таблице.

По результатам испытаний можно сделать вывод - моя модель летает непродолжительное время. Но и это большая удача для начинающего. Думаю, что в дальнейшем попытаюсь создать модель с наиболее лучшими характеристиками.

Заключение

Изучив научно-популярную литературу по данной теме, я пришел к следующим выводам:

1. Идея подняться в воздух во все времена привлекала человечество. Первым изобретателем орнитоптера следует считать Леонардо да Винчи. Его последователи пошли гораздо дальше. Сегодня наиболее перспективными направлениями можно считать - создание роботов-орнитоптеров и создание пилотируемых орнитоптеров. Первое направление получило более широкое развитие (появились новые, сверхпрочные и сверхлегкие материалы, новый инструментарий), второе так же развивается, но успешных моделей пилотируемых орнитоптеров пока так и не появилось. Однако и это направление следует считать перспективным. Надеюсь, что новейшие разработки орнитоптеров-беспилотников станут основой для создания пилотируемых моделей.

2. У орнитоптеров есть свои достоинства и недостатки. К достоинствам можно отнести:

Высокая маневренность;

Способность летать на маленьких скоростях;

Не имеют ограничений по весу;

Экономичны;

Не загрязняют окружающую среду.

Из недостатков следует выделить сложность управления полетом.

Источники информации

А. Родных. Птицекрылые машины, орнитоптеры и ортоптеры, их описание, история и применение в жизни. Л., 1929, с.1-46
Д.Воронин. Воспарит ли мускололет?.. //Юный техник. -1998 г.- №7. - с.38-42
И.Виноградов. Человек на крыльях // Юный техник. -1958 г.- №5. - с.38-44
Мускололет вертолетного типа. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Мускулолёт
Первые летательные аппараты. URL: http://oko-planet.su/science/sciencediscussions/58574-pervye-letatelnye-apparaty.html
Национальные и регистрационные знаки воздушных судов. URL: http://aviadocs.net/icaodocs/Annexes/an07_cons_ru.pdf
Радиоуправляемые модели. Орнитоптер Park Hawk. URL: http://rc-aviation.ru/forum/topic?id=3985
Несостоявшийся невидимка: орнитоптер Джорджа Уайта. URL: http://strangernn.livejournal.com/493225.html
Человек-стрекоза. URL: http://zhurnalko.net/=nauka-i-tehnika/tehnika-molodezhi/1993-11--num11
Робот Nano Hummingbird URL:

Летательные аппараты Леонардо да Винчи. Леонардо да Винчи поражает разнообразием своих научных интересов. Уникальны его исследования в области конструирования летательных аппаратов. Он изучал полет и планирование птиц, строение их крыльев, и создал летательные аппараты с машущими крыльями, парашют, модель спирального пропеллера и другие уникальные для своего времени устройства. В рукописях Леонардо есть десятки изображений разнообразных летательных конструкций, имеющих целый ряд интересных инженерных решений. Конструкция крыла. Создание «самолётов» Леонардо начал с изучения поведения в воздухе стрекозы, а затем придумал машущее крыло, как средство изучения отталкивания от воздуха. Необходимо было рассчитать силу человека, необходимую для поднятия в воздух махолета, общий вес которого должен был составлять около 90 кг. После внимательного изучения полета птиц, Леонардо да Винчи спроектировал свою первую модель летательного аппарата, у которой были машущие крылья, как у летучей мыши. С ее помощью, отталкиваясь от воздуха с помощью крыльев и используя силу мышц рук и ног, человек должен был полететь. Крылья должны были не только поднять человека в воздух, но и благодаря таким приспособлениям, как элероны и шарниры, удержать его в воздухе. Тогда Леонардо был убежден, что сможет осуществить полет человека с помощью машущих крыльев. Недостаточно сильные мышцы он собирался заменить энергией такого механизма, как взведеный лук, которой, как он считал, будет вполне достаточно для полета человека. Однако, и при использовании этого заводного механизма вставали проблемы быстрого раскручивания пружины. Прошли годы, и когда Ленардо после некоторого перерыва снова взялся за изучение полета, он думал уже о парящем полете с помощью ветра, зная, что в этом случае требуется меньше усилий для удержания и продвижения летательного аппарата в воздухе. Орнитоптер с лежащим пилотом. На таком аппарате человек должен находиться во время полета в лежачем положении и движениями рук и ног управлять механизмами машуших крыльев. Ноги вдеты в стремена так, что одна нога поднимает крыло, другая опускает, а затем наоборот. Крылья сгибаются и вращаются при помощи веревок и рычагов. У этого летательного аппарата корпус по форме напоминает лодку. Огромные крылья, похожие на крылья летучей мыши, приводятся в движение с помощью механизмов. Как и на лодках, для управления предусмотрен руль. Широкая хвостовая плоскость предназначалась скорее всего для контроля высоты. Предшественником вертолета. Вертикально летающий аппарат считается предшественником вертолета. В этом аппарате изобретателем были предусмотрены две пары крыльев, машущих по очереди. Во время полета человек должен был стоять внутри огромной чаши диаметром 12 м. Крылья аппарата должны были иметь ширину 24 м, а размах их составлять около 5 м. Для управления механизмами аппарата должны были быть задействованы руки, ноги и даже голова пилота. Взмахи крыльев должны были происходить крестообразно, вверх и вниз, подобно крыльям птицы. Если бы это было построено, машина была бы настолько тяжела, что был бы невозможен полет. Леонардо признал эту проблему и попытался уменьшить вес используя более легкие материалы. Летательный аппарат с вертикальным взлетом. На этом аппарате Леонардо хотел установить систему втяжных лестниц, аналог современного убирающегося шасси. При приземлении вогнутые клинья, прикрепленные к основанию лестниц служили бы аммортизаторами. Воздушный винт. На эскизах Леонардо изображает и совсем другой летательный аппарат - "воздушный винт", способный подняться в воздух. Аппарат с таким винтом должен летать ввинчиваясь в воздух! Радиус винта - 4,8 м. Он имел металлическую окантовку и накрахмаленное полотняное покрытие. Винт должен был приводился в движение людьми, которые шли вокруг оси и толкали рычаги. Существовал и еще один способ запуска винта - требовалось быстро раскрутить трос под осью. Парашют. Модель была выполнена на основе квадратной деревянной рамы, из углов которой выходят также деревянные направляющие, скрепленные выше над центром рамы. Закрепленный на раме материал образует вытяжной колпак. К углам рамы крепятся веревки, на которых внизу весит человек. Однако, практически спуск на таком парашюте не может быть безопасным, т.к. материал будет просто разорван напором воздуха. Как считал Леонардо да Винчи, "если у человека есть тент из плотной ткани, каждая из сторон которого составляет 12 длин руки, и высота - 12, то он может прыгнуть, не разбившись, с любой значительной высоты". Испытать этот аппарат ему самому не удалось. Однако летательные устройства великого изобретателя Леонардо да Винчи так никогда и не взлетели. Всё осталось лишь на бумаге. Через 500 лет забвения. В небо наконец-то поднялся изобретенный Леонардо да Винчи летательный аппарат. Недавно над английским графством Суррей был успешно испытан прообраз современного дельтаплана, сконструированный точно по чертежам ученого. Летательный аппарат был сделан исключительно из материалов, доступных при жизни Леонардо. Средневековый дельтаплан напоминал сверху скелет птицы. Он был сделан из итальянского тополя, тростника, сухожилий животных и льна обработанного глазурью, полученной на основе выделений жуков. На испытательных полетах с холмов удалось поднять "дельта план" на максимальную высоту в 10м и продержаться в воздухе 17 сек. На нем нельзя выполнять фигуры высшего пилотажа, но он отрывается от земли и прекрасно летает.

Леонардо да Винчи был мастером на все руки. Художник, изобретатель и ученый — это те немногие звания, которые Леонардо носил на протяжении всей своей жизни.

И хотя он жил несколько сотен лет назад, многие из его наработок стали прототипами для самых инновационных изобретений в современном мире.

Парашют Леонардо да Винчи

Увлеченный идеей полета, Леонардо да Винчи проводил большую часть своего времени, размышляя о способах поднять человека в воздух и, возможно, что еще более важно, — о том, как безопасно вернуть его обратно.

Первый парашют был придуман и зарисован Леонардо да Винчи в 15 веке. Трудно поверить, что что-то настолько «современное», как парашют, могло быть изобретено более 500 лет назад. Конструкция парашюта Леонардо состоит из запечатанного льняного полотна, удерживаемого открытой пирамидой из деревянных столбов длиной около семи метров. Изобретение позволит любому человеку «спрыгнуть с любой большой высоты, не получив никаких травм», — сказал да Винчи. Однако поскольку его идеи намного опережали время, технология не смогла найти применение.

Как и многие из его монументальных открытий, парашют Леонардо никогда не испытывался. Тем не менее, самое интересное в том, что в 2000 году смельчак Адриан Николс построил парашют, основанный на проектах Леонардо. Несмотря на большой скептицизм большинства людей, парашют работал как и задумывалось.

Считается, что современный парашют был изобретен в конце 18 века во Франции Луи-Себастьеном Ленорманом, который совершил первый публичный прыжок в 1783 году.

Акваланг

Острый как бритва ум может быть отличным подспорьем для обороны страны, поэтому неудивительно, что да Винчи использовали, чтобы увеличить свои шансы на победу в войне.

Первоначально спроектированный как способ отражать вторжение кораблей, акваланг позволил бы людям совершить небольшой подводный саботаж, вырезая отверстия в нижней части корпуса кораблей противника. К сожалению, изобретение, в комплекте с дыхательным шлангом и стеклянными очками, не получило востребованности в то время.

Бронированный танк

Чертеж Леонардо Да Винчи: Бронированный танк

Еще один из его военных проектов. Да Винчи был первым человеком, который разработал бронированный танк. Работая на герцога Милана, он сделал чертежи военной бронированной машины, оснащенной 36 орудиями. Танком должны были управлять восемь человек, и в теории это было практически непобедимо.

Однако в чертежах содержалась ошибка: шестерни заставляли передние и задние колеса двигаться в противоположных направлениях. Некоторые историки сомневаются, что это была ошибка, они полагают, что это было специальное допущение, которое делало Леонардо единственным человеком, кто мог правильно собрать танк, таким образом не допуская попадания изобретения в руки врага.

Летающая машина

Чертежи Леонардо Да Винчи: Летающая машина

Новатор был очень взволнован перспективой того, что люди могут парить в небесах как птицы, поэтому неудивительно, что летательный аппарат был одним из его самых известных изобретений. Хотя он так и не был создан в том виде, в котором его придумал Леонардо, его идея была основой современной авиации. Возможно, братья Райт вдохновились именно его работами.

К сожалению, необходимые инструменты для приведения аппарата в полёт в то время были недоступны.

Пулемет

Чертежи Леонардо Да Винчи: Пулемет

С точки зрения Леонардо, проблема с оружием того времени заключалась в том, что оно заряжалось слишком долго. Его решением было создание многоствольного оружия, которое можно было заряжать и стрелять одновременно. Пулемет был еще одним из смертоносных замыслов Да Винчи, которые так и не были реализованы, но, несомненно, уничтожили бы любого приближающегося врага.

Совсем как современный пулемет, «33-ствольный орган» Да Винчи позволял стрелять из одиннадцати мушкетов одновременно, вращаясь, чтобы давать остывать стволам.

Робот-рыцарь

Чертежи Леонардо Да Винчи: Робот-рыцарь

Хотя существуют десятки изобретений Леонардо, которые никогда не видели свет в 15-м веке, именно рыцарь-робот поражает больше всего. Первого гуманоидного робота он разработал для театрализованного представления в Милане.

Конечный продукт, завершенный в 2002 году, смог ходить и махать. Росхейм использовал это как вдохновение для своих роботизированных проектов НАСА, демонстрируя вечную природу действительно инновационного изобретения.

Вертолет

Чертежи Леонардо Да Винчи: Вертолет

Также известное изобретение как «воздушный винт», устройство было разработано для полета, путем сжатия воздуха — подобно современным вертолетам.

Вертолет имел диаметр более 4,5 метра и был сделан из тростника, льна и проволоки. Привести в движение машинку планировалось четырьмя людьми, стоящими на центральной платформе, поворачивающей кривошипы, чтобы вращать шахту. Леонардо верил, что изобретение сможет оторваться от Земли. Тем не менее, современные ученые не верят, что изобретение да Винчи могло бы улететь.

Леонардо да Винчи был убежден, что "человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух".

Убежденный в своей правоте, он начал разрабатывать аппарат, приводимый в движение только силой мышц человека, и позволяющий ему парить в воздухе как птица. Существует множество рисунков такого "ornitotteri", придуманных Леонардо. Одни из них изображают лежащего человека, который собирается взлететь с помощью механизмов, присоединенных к крыльям; другие - движение вперед при помощи более совершенной системы винтов и шкива. Есть и рисунки человека, расположенного вертикально в летательном корабле, на педали которого он нажимал руками и ногами.

Чтобы сконструировать крылья "ornitotteri", Леонардо изучал анатомию птичьего крыла, учитывая функции и распределение его перьев. Наблюдая за полетом птицы, ученый заметил, что она по-разному машет крыльями, когда зависает в воздухе, летит вперед или приземляется. Его интересовали также перепончатые крылья летучих мышей. На основе этих наблюдений Леонардо сконструировал огромные крылья, предназначенные не только для поднятия человека в воздух, но и удержания его в полете, благодаря элеронам и шарнирам. Он собирался имитировать воздушную акробатику птиц, их способность беречь энергию в полете и точно приземляться. До конца XV столетия Леонардо был убежден, что сможет осуществить проект механического полета. Однако его беспокоило то обстоятельство, что возможности мышц человека ограничены. Поэтому он собирался вместо энергии мускулов использовать механизм лука, который обеспечивал бы движение вперед. Впрочем, лук не решал проблем автономности в полете, возникающих при быстром раскручивании пружины.

С 1503 по 1506 г. Леонардо был занят исследованиями в Тоскане. Атмосферные условия, наличие или отсутствие ветра, соответствующие метеорологические и аэродинамические явления заставили его отказаться от своей старой идеи об "инструменте", основанном на взмахе крыльев, и признать”полет без движения крыльев”.

Наблюдая, как большие птицы позволяют воздушным потокам подхватить и нести их в воздухе, Леонардо думал об оснащении человека большими составными крыльями, которые дадут ему возможность войти в подходящий воздушный поток при помощи несложных движений тела и не затратить много сил на это. Человек будет свободно парить, пока не опустится на землю как “сухой лист”.

Систематические исследования, предпринятые Леонардо в начале XVI в., привели его к необходимости изучить “качество и плотность воздуха”. Для этой цели он сконструировал гидроскопические инструменты. Леонардо подчеркивал,что законы аэродинамики аналогичны законам гидростатики, т.е.наука о воде является зеркальным отражением науки о ветре, ”которую (науку о ветре) мы покажем через движение воды и эта важная наука станет шагом вперед в понимании полета птицы в воздухе".

На самом деле конструирование аппаратов способных летать издавна привлекало внимание человека. Увлечение авиамоделизмом, которое у многих начинается с воздушных змеев и бумажных самолетиков, в наше время успешно реализовано за счет производителей радиоуправляемых моделей. Модели самолетов сложно назвать игрушками, потому что большинство из них участвуют в серьезных соревнованиях. Профессионалы разделяют авиамоделизм на любительский и спортивный, при этом первый тип увлечения имеет наибольшее число поклонников.

Идея полета в трудах Леонардо да Винчи

Дмитрий Алексеевич Соболев, канд.техн. наук, Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова, РАН

Одной из самых интересных страниц в многогранном творчестве Леонардо да Винчи являются исследования, посвященные проблеме полета человека. Леонардо был первым из ученых, кто всерьез занялся изучением этой темы. В его рукописях встречаются рисунки и краткие описания различных летательных аппаратов. К этой теме он возвращался на протяжении всей своей творческой деятельности: первые проекты летательных машин относятся к середине 80-х гг. XV века, а последние датируются вторым десятилетием XVI века.

Наиболее многочисленны проекты аппаратов с машущими крыльями - орнитоптеров . Это вполне естественно, так как образцом для подражания на раннем этапе развития авиации всегда была птица.

Первый известный проект летательной машины Леонардо да Винчи - это проект орнитоптера, где человек должен находиться в лежачем положении (1485-1487 гг.) (рис. 1). Для взмахов крыльями нужно использовать и силу рук, и силу ног "пилота". Ось крыла располагалась таким образом, чтобы при движении вниз оно одновременно двигалось назад, создавая наряду с подъемной силой и силу, направленную вперед, необходимую для горизонтального полета.

Леонардо не только привел краткое описание конструкции, но и дал рекомендации об испытаниях аппарата. Он писал: "Этот прибор ты испытаешь над озером и наденешь в виде пояса длинный мех, чтобы при падении не утонуть. Надобно также, чтобы опускание крыльев производилось силою обеих ног одновременно, дабы ты мог задерживаться и балансировать, опуская одно крыло быстрее другого, смотря по надобности, так, как ты видишь это делают коршуны и другие птицы. И притом опускание посредством двух ног всегда бывает более мощным, чем посредством одной... А поднимание крыльев должно совершаться силою пружины или, если хочешь, рукою, а еще лучше поднятием ноги, это - лучше, потому что руки у тебя тогда свободнее" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведени. М.1955. С. 605).

Для управления высотой полета да Винчи предложил оригинальный механизм, состоящий из подвижного горизонтального хвостового оперения, соединенного с обручем на голове человека. Поднимая и опуская голову, испытатель должен был, по замыслу Леонардо, поднимать и опускать хвостовую поверхность орнитоптера (рис. 2).

Стремясь уменьшить затраты сил на движение крыльями, великий итальянский изобретатель предложил делать на машущих поверхностях специальные матерчатые клапаны, которые при движении крыла вниз плотно прижимались бы к натянутой на арматуру крыла сетке, а при обратном ходе открывались, позволяя свободно проходить воздуху. Похожая идея применялась позднее другими конструкторами орнитоптеров.

Еще одним вариантом орнитоптера , предложенным Леонардо в те же годы, был аппарат, в котором человек должен был осуществлять взмахи крыльями, наподобие велосипедиста вращая ногами колеса, соединенные рычагами с силовой конструкцией крыльев (рис. 3). На наброске этого аппарата обращает на себя внимание нечто напоминающее колокольчик, подвешенный перед лицом "пилота". Исследователи до сих спорят, что бы это могло быть. На мой взгляд, данное устройство - это маятник, предназначенный для индикации положения в пространстве. Известно, что примерно в 1485 г. ученый сделал эскиз такого устройства (рис. 4). Если это так, то мы видим первый рисунок авиационного прибора.

Наиболее известный проект - орнитоптер-лодка (рис. 5). Он датируется примерно 1487 г. Судя по всему, человек должен был сидеть или стоять в лодке, двигая соединенные с крыльями рычаги. Еще один рычаг предназначался для поворотов горизонтального руля, напоминающего по форме хвост птицы.

В конце 1480-х гг. Леонардо да Винчи делает чертеж и описание большой летательной машины с двумя парами машущих крыльев (рис. 6). Стоящий в чем-то наподобие чаши, мужчина приводил крылья в движение с помощью системы блоков. Интересно, что аппарат имел убираемое шасси; опоры могли складываться вверх с помощью ворота и тросов (рис. 7).

Леонардо так объяснял концепцию своего нового орнитоптера: "Я решил, что стоять на ногах лучше, чем лежать плашмя, ибо прибор никогда не может перевернуться вверх ногами... Подъем и опускание при движении [крыльев] будут производиться опусканием и подниманием обеих ног, что дает большую силу, а руки остаются свободными. Если бы тебе пришлось бы лежать плашмя, то ноги, в берцовых суставах, сильно уставали бы..." (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения..С.606).

Данное рассуждение, конечно, верно, но тем не менее этот проект следует отнести к наименее удачному результату творческих изысканий Леонардо да Винчи. Очень большие размеры аппарата: размах крыльев - 40 локтей (около 16 м), высота конструкции - 25 локтей (10 м), сложная и тяжелая трансмиссия - все это делало шансы на подъем в воздух еще менее реальными, чем у прежних орнитоптеров.

По-видимому, со временем Леонардо сам понял нереальность своего замысла. Возможно, он даже проводил какие-то опыты, так как в его записках 1485-1490 гг. есть рисунок эксперимента по определению подъемной силы машущего крыла (рис. 8). Чуть позднее он указал на возможность использования в качестве источника энергии для движения крыльев сжатый с большой силой лук (рис. 9). При распрямлении мощный лук действительно мог создать большой импульс сил, но он был бы очень кратковременным, и в лучшем случае машина могла бы только подпрыгнуть вверх.

Подсказку для выхода из этой тупиковой ситуации дало тщательное изучение механизма полета птиц, которым ученый увлекся на рубеже XV-XVI вв. Наблюдение за пернатыми натолкнуло его на верную мысль о том, что основная тяга в полете создается концевыми частями крыла. В результате в самом конце XV в. Леонардо делает чертеж принципиально нового проекта орнитоптера - с крылом, состоящим из двух шарнирно соединенных частей (рис. 10). Взмахи должны были осуществляться внешними частями, составляющими около половины общей площади крыла. Данная идея, являющаяся первым шагом в зарождении концепции аппарата с неподвижным крылом - самолета, нашла практическое воплощение в последнем десятилетии XIX в. в экспериментах знаменитого немецкого пионера авиации О. Лилиенталя. Известно, что тот пробовал совершать полеты с планером, концы крыла приводились в движение от закрепленного на его теле двигателя (рис. 11).

Следующий шаг в эволюции взглядов Леонардо на конструкцию летательной машины связан с исследованием им механизма парящего и планирующего полета пернатых. Он пришел в выводу: "...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" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.497).

Основываясь на этом принципе, известным в наши дни как принцип 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. Тогда пилоту летательной машины необходимо будет только обеспечивать равновесие с помощью 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", - пишет Леонардо да Винчи в 1505 г. (Giacomelly, R. The aerodynamics of Leonardo da Vinci // Aernautical Journal. 1930. Vol. 34. P. 1021)

Опираясь на разработанную им концепцию, ученый задумал создать новый тип летательного аппарата. Скорее всего он должен был принципиально отличаться от орнитоптеров прежних лет. По мнению итальянского исследователя творчества Леонардо да Винчи Р. Джакомелли, это мог быть моноплан с размахом крыльев приблизительно 18 м, предназначенный для полетов в восходящих потоках воздуха (по современной терминологии - планер-паритель). Крылья были подвижные, но по сравнению с предшествующими проектами подвижность их была весьма ограничена и служила бы только для балансировки (Giacomelly, R. Leonardo da Vinci e il volo meccanico // L"Aerotechnica. 1927. No. 8. P. 518-524.).

Пилотируемая "искусственная птица" должна была стартовать с вершины горы Монте Чечери (гора Лебедя) в окрестностях Флоренции и, подхваченная вертикальными потоками, подняться в воздух. "Большая птица начнет первый полет со спины своего исполинского лебедя, наполняя вселенную изумлением, наполняя молвой о себе все писания, - вечной славой гнезду, где она родилась", - написал Леонардо да Винчи в своем "Трактате о полете птиц" (1505 г.) (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.494).

Но Италии не суждено было стать родиной планеризма. Загруженный многочисленными заказами, Леонардо так и не смог приступить к осуществлению своей идеи (или не захотел - для него всегда было интереснее генерировать проекты и постулаты, нежели воплощать их в жизнь).

Незадолго до смерти ученый еще раз вернулся к мыслям о движении по воздуху с помощью неподвижного крыла. В его рукописи, хранящейся в Институте Франции в Париже, есть малоизвестный рисунок, датируемый 1510-1515 гг. (рис. 12). На нем изображен человек, который, держась руками за плоскость, спускается по воздуху, и имеется указание о способе управления: "Этот [человек] будет двигаться направо, если он согнет правую руку и распрямит левую; и будет затем двигаться справа налево при перемене положения рук" (Gibbs-Smith, С. Leonardo da Vinci"s aeronautics. London, 1967. P. 21.). По-видимому, данная идея простейшего балансирного планера, или, точнее, управляемого парашюта, возникла у Леонардо в результате наблюдения за падением листа бумаги в воздухе.

Говоря о изысканиях Леонардо да Винчи в области полета, нельзя не упомянуть еще о двух пионерских проектах - проекте парашюта и проекте вертолета. Оба они сделаны в 1480-е гг., одновременно с первыми предложениями по созданию орнитоптеров.

Рисунок спускающегося на пирамидовидном парашюте человека (рис. 13) Леонардо сопроводил надписью: "Если у человека шатер из прокрахмаленного полотна, шириною в 12 локтей и вышиною в 12, он сможет бросаться с любой большой высоты без опасности для себя" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.615).

Знакомое многим изображение вертолета Леонардо да Винчи (рис. 14) представляет собой первый проект вертикально взлетающего летательного аппарата. В отличие от современных вертолетов с лопастным винтом, эта машина должна была подниматься в воздух с помощью хорошо известного в XV в. архимедова винта, диаметром около 8 м. Несмотря на то, что винт должен был раскручиваться вручную, Леонардо да Винчи верил в осуществимость своего проекта: "Я говорю, что когда этот прибор, сделанный винтом, сделан хорошо, т.е. из полотна, поры которого прокрахмалены, и быстро приводится во вращение [...] названный винт ввинчивается в воздух и поднимается вверх".

Как всякие первые предложения, эти проекты были еще несовершенны. Парашют не имел специального отверстия в вершине купола, обеспечивающего устойчивую траекторию снижения, а в проекте вертолета не учитывалось влияние реактивного момента от вращения винта, который раскручивал бы расположенную внизу конструкцию, далека от наилучшей была и форма винта. Но тем не менее оба они представляют собой выдающиеся технические предвидения.

Замечательные идеи Леонардо да Винчи долгое время оставались неизвестными, так как он не опубликовал результаты своих исследований. В конечном итоге то, к чему Леонардо пришел в течение нескольких десятилетий, затянулось на века. Только в XVIII столетии на смену безуспешным попыткам полета с помощью взмахов прикрепленными к рукам и ногам крыльями пришли первые проекты летательных аппаратов с образующим подъемную силу неподвижным крылом и небольшими подвижными крыльями для создания направленной вперед силы - Сведенборга (Швеция, 1716 г.), Бауэра (Германия, 1763 г.), Кейли (Англия, 1799 г.). Полеты на балансирных планерах начались в конце XIX в., а первые вертолеты появились только в XX в.

Анализ развития взглядов на конструкцию крылатого летательного аппарата в трудах Леонардо да Винчи и в работах последующих пионеров авиации позволяет сделать следующий общий вывод: вопреки распространенной среди историков авиации точке зрения, идея самолета зародилась не сама по себе как альтернативная орнитоптеру концепция, а "выросла" из проектов аппаратов с машущим крылом через ряд промежуточных образцов полусамолетов-полуорнитоптеров, автором первых из которых был великий Леонардо.

Вертикальный "ORNITOTTERO"
Необходимость в более мощном источнике энергии привела Леонардо к мысли задействовать все части человеческого тела в процессе полета. На рисунке - человек, управляющий скользящими механизмами не только с помощью рук и ног, но и головы, которая, по словам Леонардо, "имеет силу, равную 200 фунтам" . Человек стоит в центре огромного сосуда, который представляет собой чашу диаметром 12 м, снабженную лестницей (12 м). Крылья аппарата имели ширину 24 м и размах 4,8 м. На этом аппарате Леонардо предполагал использовать две пары крыльев, машущих поочередно.

Вертолет
Данный рисунок - изображение "предка" современного вертолета. Радиус винта - 4,8 м. Он имел металлическую окантовку и полотняное покрытие. Винт приводился в движение людьми, которые шли вокруг оси и толкали рычаги. Существовал и еще один способ запуска винта - требовалось быстро раскрутить трос под осью. "Я думаю, что если этот винтовой механизм добротно сделан, т. е. сделан из накрахмаленного полотна (во избежание разрывов) и быстро раскручен, то он найдет себе поддержку в воздухе и взлетит высоко вверх"

Гидроскоп
Гидроскоп - прибор, изобретенный Альберти. Он представлял собой простой набор шкал с гидроскопичесим веществом (хлопковая вата, губка и т.д.) и воском, не впитывающим воду. По словам Леонардо, прибор применялся для того, ” чтобы узнать качество и плотность воздуха и когда пойдет дождь ”.

Измеритель величины наклона
Этот прибор представляет собой маятник, помещенный внутрь стеклянного сосуда (в форме колокола), служащий для того, чтобы "направить аппарат (летательный) прямо или под наклоном, как предпочитаете, т. е. когда захочется лететь прямо, установите шарик в середину круга".

Исследование балансировки
Движения планера в полете контролировались подвижными крыльями и балансированием летчика: "человек должен быть свободен книзу от талии, чтобы он мог себя уравновесить, хотя и находится при этом в лодке, и так, чтобы его центр тяжести совпадал с центром тяжести всей конструкции и был уравновешен с ним".

Исследование равновесия
Ученый провел исследование равновесия планера c целью определения центра гравитации у птицы. Рисунков этого планера не существует, но известно, что он должен был быть построен из легких материалов: бамбука и ткани с креплениями и оттяжками из сырого шелка или из специальной кожи. Высокая конструкция из тростника в форме цилиндра или параллелепипеда, видимо, вытягивалась на лямках из очень широких (около 10 м в ширину) крыльев этого планера. В этой конструкции летчик располагался намного ниже крыльев, что создавало равновесие аппарата.

Лежащий "ORNITOTTERO"
Этот рисунок - один из самых знаменитых рисунков Леонардо: "А вращает крыло, В поворачивает его с помощью рычага, С опускает его, D поднимает его". Человек лежит на платформе вытянувшись: "На этом месте располагается сердце". Ноги вдеты в стремена таким образом, что одна нога поднимает крыло, другая опускает. Это - летательный аппарат, в котором распростертый человек крутит педали, поднимающие и опускающие крылья, сгибающие и вращающие их при помощи веревок и рычагов, т.е. этот аппарат как бы “гребет” по воздуху.

В другом варианте "Ornitottero" четыре крыла приводились в движение руками и ногами пилота. Руки поднимали крылья при помощи барабана, а ноги опускали по одной паре крыльев по очереди. Таким образом, ритм машущих крыльев ускорялся. Аппарат на спине пилота управлялся накручиванием канатов на барабаны и раскручиванием их.

Модель "ORNITOTTERO"
Здесь представлен один из вариантов "ORNITOTTERO". Пилот с аппаратурой на спине располагался под металлическим полукругом; движение крыльев создавалось за счет движения ног. Этому помогали руки, управляющие рукоятками, расположенными под полукругом. Руль размещался на шее пилота. Направление полета определялось поворотом головы.

Орнитоптер
Фюзеляж по форме напоминает лодку для пилота. Видимо, о воздухе Леонардо мыслил теми же понятиями, что и о воде. Огромные крылья (похожие на крылья летучей мыши) приводятся в движение системой винтов и гаек. Как и на лодках, был предусмотрен руль. Широкая хвостовая плоскость предназначалась, должно быть, для контроля высоты.

На рисунке не планер, управляемый пилотом, а интересный "гибрид". Летчик висит вертикально в центре аппарата, кончики крыльев имеют соединения, контролирующие машину, а жесткая конструкция поддерживает ее.

Орнитоптер с пружинным приводом
Будучи убежденным, что невозможно управлять таким аппаратом при помощи только силы человеческих мышц, Леонардо дал альтернативные решения. Например, им был спроектирован аппарат с пусковым пружинным устройством, передающим свою энергию крыльям “ornitottero” (в данном случае - вертикального) в момент распрямления пружины. В детальной проработке слева Леонардо изобразил устройство, аналогичное тем, что он использовал в своем “автомобиле” и в некоторых часовых механизмах. Данная система теоретически настолько опережала свое время, что даже получила название "Аэроплан Леонардо". На практике она оказалась несовершенной из-за необходимости быстрого раскручивания пружины и трудностей при ее обратном сматывании во время полета.

Парашют
"Если у человека есть тент из плотной ткани, каждая из сторон которого составляет 12 длин руки, и высота - 12, то он может прыгнуть, не разбившись, с любой значительной высоты ".

Полет птицы
Благодаря систематическим исследованиям полета птицы, Леонардо решил заменить полет при помощи машущих крыльев планирующим полетом. Около 1505 г. была закончена его книга “Сodice sul Volo degli Uccelli” (в настоящее время она находится в Турине, в бывшей Королевской библиотеке). Данные рисунки - из этой книги.

Прибор для измерения скорости ветра
Существовал и другой вид анемометра. Он был сделан из конусообразных трубок и применялся для того, чтобы установить, пропорционален ли ветер, поворачивающий колесо, воздухозаборному отверстию в конусе, учитывая идентичную интенсивность ветра.

Система оттяжек рычагов и соединений
Леонардо считал, крылья могут подниматься и опускаться системой канатов и блоков, приводимой в движение ногами пилота, вдетыми в стремена, и его руками, управляющими рукоятками. Поднимаясь и опускаясь, крылья, также, сгибались и распрямлялись при помощи автоматической системы оттяжек, рычагов и соединений.

Спуск на землю "сухим листком"
"Человек повернется направо, если согнет правую руку и вытянет левую; меняя эти движения, он будет поворачиваться справа налево”.

Анемометр
На рисунке изображен “пластинчатый анемометр”, или “щетка”, так как традиционно для пробы ветра применялись перья. Прибор представляет собой градуированную трость с тонкими пластинками, которые двигаются в зависимости от интенсивности ветра.

Аппарат вертикального взлета и посадки
На вертикальном "ornitottero" Леонардо планировал разместить систему втяжных лестниц. Примером ему послужила природа: "посмотри на каменного стрижа, который сел на землю и не может взлететь из-за своих коротких ног; а когда он в полете, вытащи лестницу, как показано на втором изображении сверху... так надо взлетать с плоскости; эти лестницы служат ногами...". Что касается приземления, он писал: "Эти крючки (вогнутые клинья - см. детали справа), которые прикреплены к основанию лестниц, служат тем же целям, что и кончики пальцев ног человека, который на них прыгает и все его тело не сотрясается при этом, как если бы он прыгал на каблуках".

Понравилась статья? Поделитесь ей

Распечатать статью