ПТИЦЕКРЫЛЫЕ

Мечта летать так же стара, как человечество. Но ошибается тот, кто думает, что единственным воплощением этой мечты стал сегодняшний самолет. Идея летательного аппарата с неподвижными крыльями сравнительно молода — ей чуть более ста лет. Лишь в середине XIX века авторы проектов летательных машин перешли от машущих крыльев к неподвижным несущим поверхностям и к пропеллеру, который явился как бы перенесением в воздух водного гребного винта. А до того в течение тысячелетий человек иначе и не представлял себе полета, как только с помощью машущих крыльев. Это естественно: с кого же было ему брать пример, как не с птиц. Древние хроники полны упоминаний об отчаянных смельчаках, пытавшихся подражать птицам. Легенда о Дедале и Икаре известна всем, но мало кто знает, что то же самое хотели осуществить в IX веке нашей эры Абдул-Касим Абас Бен Фирнас, придворный врач калифа андалузского Абдерахмана; в XI веке — английский монах Оливер; в XVI — испанский монах Бонавентура. Так же точно находились смельчаки и в России. Судьбы всех складывались печально. Если человек оставался в живых после полета, ему либо голову рубили, либо сжигали на костре. Знать и духовенство не прощали попыток вырваться из-под их власти. Даже в небо. «…Человек не птица, крыльев не имать. Аще же приставит себе крылья деревянные, противу естества творит. То не божье дело, а от нечистой силы. За сие дружество с нечистой силой отрубить выдумщику голову…»

Это известный документ времен Ивана Грозного. А вот двумя столетиями позже:

«1729 года в селе Ключе, недалеко от Ряжска, кузнец Черная Гроза называвшийся, зделал крылья из проволоки, надевая 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, мало дело, ни высоко, ни низко, устал и спустился на кровлю церкви, но поп крылья сжег, а его едва не проклял».

«Птица — действующий по математическому закону инструмент, сделать который в человеческой власти…»

Так писал почти пятьсот лет назад Леонардо да Винчи, гений, инженер, один из провозвестников той эпохи, когда человечество вновь начало обретать веру в свой разум и свои возможности. Говорили, что в детстве к нему в колыбель слетел коршун. И потому мессир Леонардо любит птиц. Он покупает их на базаре и дарует свободу, выпуская из клеток. А потом долго-долго наблюдает за тем, как радуются обретенной свободе крылатые пленники. Но никто не знал, что записи Леонардо да Винчи пестрят изображениями крылатых людей, лодочек, просто крыльев, летающих кресел. Всю свою жизнь он занимался изучением полета птиц, первый понял, что простота взмаха крылом кажущаяся, что это очень сложное движение и малейшие детали устройства крыла оказывают решающее влияние на способность птицы к полету. Леонардо сам мечтал соорудить орнитоптер. («Орнис» по-гречески «птица»; «птерон» — крыло.) Зная, что крыло птицы воспроизвести невозможно, он предложил более простое крыло летучей мыши. Однако развитие техники привело к тому, что самолет — машина с неподвижными крыльями, — появившись как идея самым последним, воплотился в металле и поднялся в воздух первым.

Можно было бы предположить, что с появлением самолета попыткам создания птицелета пришел конец, что машина умерла не родившись. Ничуть не бывало. Число сторонников махолета вовсе не уменьшилось. Они рассуждают так: самолет можно использовать для самых разнообразных целей, но только не для индивидуальных полетов. Человек по-прежнему не может испытать того ощущения, которое испытывает летящая птица; сидя в огромном самолете, он всего лишь пассажир, как если бы ехал в автобусе. Значит, древняя мечта человечества по-прежнему остается неосуществленной. Точно так же человек не мог наслаждаться красотой подводного мира, не мог плавать как рыба до тех пор, пока не изобрели акваланг. Никакие океанские корабли, никакие подводные лодки не приближали людей к этому.

У сторонников птицелетов есть и другие доводы. Они утверждают, что их машина, коль скоро она будет построена, окажется гораздо проще самолета. Что говорить о гигантских лайнерах — в современной технике это наиболее сложные сооружения после космических аппаратов, — но даже и небольшие машины конструктивно очень непросты и требуют высокой квалификации летчика. Функции отдельных агрегатов у самолета разделены. А машущие крылья и тягу создают, и подъемную силу, и управляют. Махолетчики заявляют, что их будущая машина окажется гораздо экономичней и самолета и вертолета, потому что вес поднимаемого груза на одну лошадиную силу мощности мотора гораздо больше. А уж что касается маневренности, то тут и говорить не о чем. Посмотрите на то, как насекомые мгновенно поворачиваются в воздухе, летают боком, меняют направление движения, висят, поднимаются и опускаются вертикально. Вертолету далеко до такого. А что дает насекомым эту возможность, как не машущие крылья?

Все эти соображения привели к тому, что попытки построить махолет не прекращались как и до появления самолетов, так и после этого.

В 1871 году кандидат Санкт-Петербургского университета Михневич придумал конструкцию птицелета (рис. 1). Машущие крылья шарнирно прикреплялись к перекладине, а концы их стягивались пружинами. Давление воздуха должно было поднимать крыло вверх, пружина — оттягивать. Михневич передал свои соображения в Морской технический кабинет, но ему просто ничего не ответили. Впрочем, если бы он предложил и самолет, результат был бы тот же. В те годы мало кто верил в возможность полетов на аппаратах тяжелее воздуха. Судьба Можайского, не получившего никакой официальной помощи и поддержки, — наглядное тому доказательство. Несколькими годами позже лейтенант Спицын спроектировал аппарат с четырьмя машущими крыльями. При подъеме вверх крылья поворачивались боком, опускались, становились плашмя. Это делалось для того, чтобы сопротивление при подъеме вверх было минимальным. Но денег лейтенант не получил и опытов своих до конца не довел. То же самое пытался сделать врач Бертенсон. Своей идеей он сумел заинтересовать многих. Можайский предоставил ему для опытов свой паровой двигатель, автор книги «Царство воздуха», известный исследователь полета птиц Марей тесно с ним сотрудничал. Однако и этот энтузиаст птицелетов вынужден был отказаться от осуществления своей идеи.

1912 год. Московский механик В. Смуров под руководством Жуковского построил птицелет (рис. 2) с гибкими крыльями и мотоциклетным двигателем мощностью в 3,5 л. с. Весила машина 75 кг.

1921 год. В Москве появился планер-орнитоптер Б. И. Черановского. Это был биплан. Летчик едва ли не стоял в воздухе. Эксперимент не дал положительных результатов. Несколькими годами позже птицелет задумал построить известный художник Татлин. Это вообще был оригинально мыслящий человек. Уже в те годы он попытался воплотить в жизнь те принципы, которые впоследствии получили название «технической эстетики». Вот что он писал: «Я заинтересовался больше всех авиацией, потому что авиация дала больший сдвиг в разнообразии форм и конструкций, чем какая-либо другая область, здесь больше, чем где-либо, человек чувствует движение машин и влияние окружающей среды». Воплощая в жизнь эти взгляды, он и попытался сделать орнитоптер «Летатлин», который, как сообщила пресса, является результатом попытки с возможной точностью воспроизвести принцип птичьего полета. Аппарату приданы были характерные для птиц внешние формы, и механика работы крыльев целиком заимствована у природных летунов. И этой машине полететь не удалось.

1937 год. Еще одна работа Черановского — планер-орнитоптер (рис. 3). Как планер конструкция вела себя неплохо, но взмахи крыльев никакого эффекта не давали. Несколько лучше показала себя схожая конструкция Ю. Маноцкова «Кашук» (рис. 4). Это был планер с самомашущими крыльями, который в начале 50-х годов демонстрировался даже в Тушине на воздушном параде. Его шарнирно связанные с фюзеляжем жесткие крылья, освободившись от фиксаторов, могли колебаться в вертикальной плоскости. Это увеличивало длину планирования.

Вообще, самодеятельные конструкторы и в последние годы не оставляют без внимания птицелеты.

1945 год. Американец Моол строит планер-орнитоптер (рис. 5) с размахом в 16,5 метра и весом в 175 кг.

1960 год. Англичанин Хартман создает машину, крылья которой весьма схожи с птичьими. В эти же примерно годы газета «Комсомольская правда» печатает статью о нашем соотечественнике Дмитрии Ильине, который строит птицелет (рис. 6). «Они (крылья) будут висеть у меня в коридоре, на вешалке, рядом с пальто. Буду сразу взлетать, выходя на крыльцо». Так говорит Ильин корреспонденту газеты. В эти годы — начало 60-х — интерес к птицелетам резко повышается.

Идея была просто замечательной. Прямо удивительно, как раньше никто не догадался ее осуществить. Вот картинка из журнала «Нива», где изображен металлический дирижабль. Водород, которым эти сооружения наполняются, взрывоопасен; металл поможет предотвратить беду. А что, если обойтись вообще без газа, пусть самого легкого? Создать внутри дирижабля вакуум? Тогда он будет заведомо легче воздуха и поплывет по голубому океану.

Пятнадцатилетний тифлисский гимназист Алексей Шиуков пришел в кавказское отделение Русского технического общества. Председатель отделения выслушал внимательно, пригласил инженеров. Гимназисту быстро доказали, что создать высокий вакуум в столь огромном объеме, каким является корпус дирижабля, невозможно. Но никто не смеялся, а, наоборот, похвалили за пытливость. Парень ушел окрыленный. И через некоторое время он поднялся в воздух на планере собственной конструкции. Кончики крыльев аппарата легонько помахивали. Только лишь начиная свой путь в авиацию, Алексей Шиуков хотел вернуться к конструкции, как ему казалось, незаслуженно забытой.

Юго-Западный фронт. Осень 1916 года. Бои, бои, бои. Летчик Шиуков высматривает с аэроплана расположение австрийских войск, корректирует огонь своей артиллерии. А по осеннему небу, равнодушные к тому, что делается на земле, летят караваны птиц. Гуси, аисты… Тысячи километров пути без отдыха, без сна. Как это удается им? Самолет — вершина человеческих достижений, но разве может он сравниться с птицей? Тут есть над чем подумать…

Думать над этим не пришлось три с лишним десятка лет. Сибирский фронт, Туркестанский фронт, работа по созданию советской авиации, Великая Отечественная… Только в 1948 году ветеран авиации смог заняться тем делом, к которому всегда лежала его душа, — машущим полетом. В то время, казалось, идея машущего полета должна была навсегда выпасть из поля зрения техники. В авиации совершался переход с винтовой тяги на реактивную, появились вертолеты — до того ли было. Но, может быть, именно в этой революции и надо искать объяснение тому, что энтузиастов машущего полета оказалось очень много? Дух поиска, стремление найти нераскрытое, реализовать давно задуманное — все это овладело людьми. При ДОСААФ СССР был создан Комитет машущего полета. Не только юноши, мечтающие о романтике неба, но и серьезные люди, доктора наук, кандидаты, вошли в него. Работа закипела вовсю.

Ю. М. Залесский, Г. С. Васильев, В. Э. Якоби проводили сверхскоростные киносъемки полета насекомых и птиц. В институте морфологии животных Академии наук СССР группа под руководством доктора биологических наук Г. С. Шестаковой ставила опыты, при которых перья птиц покрывались лаколл. Птицы теряли способность к полету, потому что закрывались бороздки на нижней поверхности перьев. А они создают зону повышенного давления под крылом: через них проходит направленный поток воздуха. Алексей Владимирович Шиуков и Иван Николаевич Виноградов продували чучела птиц в аэродинамической трубе, пытаясь найти объяснение все тому же феномену — тысячекилометровому перелету птиц. Они спят на лету, а крыло мельчайшими изменениями положения реагирует на изменение давления, ветра и так далее. Каждая крупица новых знаний добывалась с огромным трудом. Как получить искомый результат при продувке чучела птицы, если мельчайший изгиб, который и на глаз-то незаметен, меняет всю картину полета. Самолет и на земле, и в небесах одинаков по форме. А птица — нет. Форма ее тела меняется в зависимости от нагрузок и скорости, и учесть эти изменения весьма сложно. Но работа кипела. И вот уже готовый птицелет стоит на взлетной полосе, и Алексей Владимирович Шиуков за рычагами управления. Птицелет набирает скорость, сейчас взлетит. Авария. Левое крыло с треском отлетает в сторону. Соединительные детали вместо хромоникелевой стали были изготовлены из обыкновенной углеродистой. Снова предстоит большая работа… Ну что ж, начнем все сначала…

Огромный труд целых поколений исследователей привел к тому, что были установлены некоторые основы, которыми следует руководствоваться при создании птицелетов. Разумеется, начинать надо не с попыток использования мускульной силы человека. Конструкция машины с неподвижными крыльями отработана великолепно, однако мускулолетов, кроме опытных образцов, нет. Что уж говорить об орнитоптере, где все — проблема.

Итак, мотор обязателен. Но какой? Крылья должны совершать 50 взмахов в минуту, режим полета регулируется изменением числа взмахов, значит, двигатель должен быть тихоходным и приспособленным к этому. Ясно, что ни бензиновый, ни реактивный для этой цели не годятся. Во-первых, они высокооборотны, во-вторых, преобразование быстрого вращательного движения вала в медленное поступательное крыльев требует сложного и громоздкого промежуточного механизма. Как ни странно, лучше всего подходит для птицелета самый первый механический двигатель — паровая машина. Можно сделать движение поршня достаточно плавным и точным и передавать его прямо на крылья.

В 1949 году в Москве вышла книга М. К. Тихонравова «Полет птиц и машины с машущими крыльями». Вот как заканчивал ее автор:

«Для того чтобы технически решить проблему орнитоптера, необходимо… 1 — ясное понимание механики его полета, 2 — наличие подходящего легкого мотора, 3 — хорошее знание аэродинамики.

1. В настоящее время механика полета птиц более или менее понятна…

2. Легкий подвижный мотор… широко применяется в авиации, и нет причин, мешающих появлению такого же мотора и для орнитоптера.

3. Птица имеет высокие аэродинамические свойства. Таким же должен быть и орнитоптер. Современное состояние аэродинамики вполне позволяет достигнуть этого».

С момента выхода книги Тихонравова, последнего крупного издания на эту тему, прошла почти четверть века. Орнитоптера-птицелета нет. Работа Комитета машущего полета свернута, и сам комитет где-то в середине 60-х годов прекратил свое существование. И вовсе не потому, что отвернулись энтузиасты. Их сколько угодно. Ведь птицелет — это не только детская мечта человечества, это и детская мечта любого, без исключения, человека. В чем же дело?

Есть два очень серьезных объективных фактора, стоящих на пути создания птицелетов. Первое — необычайная трудность копирования птичьего крыла. В распоряжении природы были миллионы лет эволюции и возможность создавать и отвергать бесконечное число вариантов. Вот и дошла в результате конструкция до абсолютного совершенства. Чем больше человек ее познает, тем больше понимает, какая бездна секретов остается еще нераскрытой. А для того чтобы в эту бездну проникнуть, одного энтузиазма мало, даже самого возвышенного. Все, что на поверхности, давно открыто, для углубленного изучения нужны приборы, оборудование, лаборатории, труд многих людей — короче говоря, большие средства. Тут-то и вступает в действие второй фактор. Современная авиация достигла таких невероятных успехов, роль ее и в обороне страны, и в развитии народного хозяйства столь велика, что почти вся исследовательская работа лежит в области принципов, прекрасно себя оправдавших. Соответственно на это и расходуются средства. И то еще очень важно, что ни одна из многочисленных попыток полететь с помощью машущих крыльев успехом не увенчалась.

Заколдованный круг? Как будто бы да. И тем не менее еще более веские объективные предпосылки говорят за то, что птицелет будет построен. Развитие различных областей науки и техники приведет к тому, что на стыке их не может не появиться долгожданная машина.

Химия даст сверхлегкие и сверхпрочные материалы.

Бионика позволит с достаточной степенью точности сконструировать искусственные крылья.

Двигателестроение предоставит компактный и надежный источник энергии (паровая машина переживает сейчас свое второе рождение).

За энтузиастами же, горящими желанием на основе всех этих достижений реализовать наконец одно из самых старых мечтаний человечества, дело не станет.

А Алексей Владимирович Шиуков собирается, восстановив крылья, подняться на своем птицелете (рис. 7). Начав жизнь в воздухе с мечты об этой машине, старый летчик возвращается к ней.

Р. ЯРОВ, инженер