Авиация и космонавтика 2003 11

Большое значение имело и усовершенствование системы бокового управления. Убедившись в невозможности контролировать направление полета только с помощью перекашивания крыла, Райты установили на новом планере за крылом вертикальное оперение. Первоначально оно было неподвижным и состояло из двух плоскостей, расположенных параллельно друг другу. Вскоре, однако, выяснилось, что эта мера не устраняет нежелательный момент рыскания при перекашивании. Поднятое крыло по-прежнему противодействовало повороту, усиливался крен и возникала реальная опасность неуправляемого скольжения; в одном из полетов О. Райт потерпел из-за этого аварию.

Выход был найден в замене неподвижного вертикального стабилизатора подвижным, кинематически связанным с системой перекашивания крыла так, что руль направления автоматически поворачивался в сторону крена. Благодаря этому скомпенсировалась разница в сопротивлении опущенного и поднятого крыла и появилась возможность совершать правильные развороты с креном. Данное техническое решение было запатентовано братьями Райт в марте 1903 г.

На планере с усовершенствованной системой управления братья Райт в 1902 г. выполнили около 1000 полетов Общее время нахождения в воздухе составило 4 часа. Лучший полет имел дальность 190 м и продолжался 22 секунды. В следующем году рекордная продолжительность полета была увеличено до 70 секунд. Несмотря на большие размеры (размах крыла 10 м, площадь 30,5 м 2 ), планер надежно управлялся даже при сильном ветре. О. Шанют, присутствовавший при полетах, отметил превосходство аппарата братьев Райт над всеми построенными ранее планерами.

Следующим логическим шагом было создание на основе планера самолета. В конце 1902 г. братья Райт поделились этим замыслом с Шанютом. Они писали: «Мы намерены в следующем году построить значительно большую и примерно вдвое более тяжелую машину, чем наш настоящий аппарат На ней мы будем изучать проблемы старта и управления тяжелым аппаратом, и, если найдем его хорошо управляемым в полете, мы установим на нем двигатель». Вскоре, однако, было решено сразу строить самолет, не теряя времени на испытания его безмоторного варианта.

Решение о создании самолета наложило заметный отпечаток на характер деятельности изобретателей. Если вначале Райты относились к полетом на планерах как к спорту и регулярно знакомили общественность со своими достижениями, то, начав работу над самолетом, они постарались по возможности засекретить сведения о его конструкции, понимая, что первенство в решении проблемы моторного полета принесет им известность и состояние. По этой причине они уклонились от обсуждения деталей своей конструкторской деятельности с американским ученым и изобретателем С. Ленгли, также занимавшимся строительством самолета, отказали в визите в Китти Хоук французскому планеристу Ф. Ферберу.

Двигатель самолета братьев Райт

Небольшая поломка самолета Райт 11 декабря 1903 г.

Двигатель и пропеллеры для самолета были изготовлены в Дайтоне в течение зимы и лета 1903 г. Короткий срок создания силовой установки объясняется тем, что Райты, в отличие от своих предшественников, не ставили перед собой задачи сконструировать какой-то особенный сверхлегкий мотор. Построенный по их заказу четырехцилиндровый бензиновый двигатель водяного охлаждения мощностью 12 л. с. представлял собой облегченный вариант обычного автомобильного двигателя и весил 90 кг. Его удельный вес – 7,5 кг/л. с. – был даже больше, чем у паровых двигателей самолетов Адера и Максима. Тем не менее, по расчетам братьев Райт, он обладал мощностью, требуемой, чтобы поднять их самолет в воздух. (По оценке братьев Райт, потребная для полета их самолета мощность равнялась 8 л. с. В действительности этой мощности было бы недостаточно (при k= 7, _проп= 0,66, ?_трансм= 0,95, v= 11 м/с, N_потр = 10 л.с.), и только счастливая случайность (реальная мощность двигателя оказалась больше, чем ожидалось) позволила получить требуемую для полета энерговооруженность.

При создании пропеллеров использовался опыт аэродинамических экспериментов в трубе, проведенных Райтами зимой 1901 – 1902 гг. Рассматривая воздушный винт как вращающееся крыло и подбирая для каждого сечения наивыгоднейший профиль, братьям удалось изготовить пропеллер с отличным для своего времени КПД – 66%. Винты соединялись с двигателем с помощью цепной передачи, уменьшавшей число оборотов пропеллера втрое. Общий вес пропеллеров и трансмиссии составлял 41 кг.

Самолет был сконструирован по образцу планера 1902 г., но в связи с возросшим весом аппарата размеры крыла были увеличены. Увеличена была и площадь органов управления – одинарные поверхности рулей заменили сдвоенными. Как на планере, руль направления автоматически отклонялся при перекашивании крыла. Под крылом установили полозья для посадки на песчаную почву.

Окончательная сборка самолета производилась осенью 1903 г., после прибытия к месту испытаний, в Китти Хоук. Самолет представлял собой биплан с двумя толкающими пропеллерами, вращающимися в противоположных направлениях. Двигатель находился на нижнем крыле, сбоку от летчика. Как на аппаратах прежних лет, человек размещался в полете лежа и управлял перекашиванием крыла боковым движением бедер. Впереди имелись две рукоятки, одна – для управления рулем высоты, вторая – для включения и выключения двигателя. Взлетный вес равнялся 340 кг, площадь крыла – 47,4 м2 , размах – 12,3 м, длина самолета – 6,4 м, диаметр пропеллеров – 2,6 м.

При наземных испытаниях выяснилась недостаточная прочность валов пропеллеров. Устранение дефекта заняло много времени, между тем наступила зима, начались холода, ненастная ветреная погода. Тем не менее братья Райт решили не откладывать окончательное испытание самолета на год.

Из-за большого веса самолета Райты были вынуждены отказаться от прежнего метода старта, когда добровольные помощники из числа местных жителей помогали аппарату взлететь, поддерживая его за крыло. Кроме того, этот метод мог вызвать сомнения, был ли полет осуществлен только за счет мощности двигателя. Поэтому решили, что самолет будет взлетать без какой-либо помощи со стороны. Разбег должен был происходить по деревянному рельсу длиной 18 м, верхняя поверхность которого обшита железом. Самолет мог катиться по рельсу на маленькой тележке, отделяющейся после взлета. Для уменьшения длины разбега старт должен был производиться строго против ветра.

Исторический полета самолета братьев Райт 17 декабря 1903 г.

Первые летные испытания «Флаера», как назвали свой самолет братья Райт, состоялись 14 декабря. Ветер был слабый, и, чтобы укоротить разбег, рельс расположили на склоне песчаного холма под углом 9° После 16-метровой пробежки под уклон с работающим двигателем самолет поднялся в воздух, но через несколько мгновений резко скабрировал и упал на крыло с высоты около 5 м на мягкий песок. Повреждения конструкции были невелики, пилот – Уилбер Райт – не пострадал. Как показал хронометр, самолет находился в воздухе всего 3,5 секунды. Авария была вызвана слишком резким отклонением руля высоты (как вскоре выяснилось, он был неправильно сбалансирован).

17 декабря состоялись повторные испытания самолета. В этот день дул достаточно сильный ветер, и взлет производился с горизонтально лежащего рельса Вот выдержка из дневника Орвилла Райта с описанием полетов: «После прогрева двигателя в течение нескольких минут, чтобы добиться его устойчивой работы, я в 10.35 начал первое испытание. Ветер, по данным нашего анемометра, дул в это время со скоростью немного более 20 миль, 27 миль в соответствии с показаниями правительственного анемометра в Китти Хоук (1*). Освободившись от троса(2*), машина устремилась вперед с увеличивавшейся скоростью, достигшей примерно 7 или 8 миль. Аппарат отделился от тележки, как только достиг четвертого рельса (3*). М-р Даниэльс( 4*) сделал фотоснимок сразу после отрыва машины от земли. Я обнаружил, что управлять передним рулем очень трудно из-за того, что он был сбалансирован слишком близко к центру и в связи с этим имел тенденцию самопроизвольно поворачиваться во время взлета и отклонялся слишком сильно в одну или другую сторону. В результате машина внезапно поднялась примерно на 10 футов и затем, при отклонении руля, так же резко устремилась к земле. Этим закончился полет, когда было пройдено около 100 футов от конца рельса. Его время составило около 12 секунд (точная величина неизвестна, так как секундомер не был вовремя выключен). Рычаг включения двигателя был сломан, и треснул полоз, расположенный снизу от руля высоты.

После ремонта, в 11.20, Уилл( 5*) сделал второй опыт. Траектория, как и в моем случае, была волнообразной, вверх и вниз, но дальность была больше, хотя время то же самое. Дистанция не измерялась, но ее можно примерно оценить в 175 футов. Скорость ветра была не так велика С помощью присутствующих сотрудников станции мы подняли машину и вновь отнесли ее к стартовому рельсу. Примерно в 11.40 я произвел третье испытание. Когда я пролетел то же расстояние, как Уилл, слева налетел сильный порыв ветра, который поднял левое крыло, и накрененная машина заметно повернула вправо. Я немедленно повернул руль, чтобы снизиться, и затем применил концевое управление( 6*) . Совершенно неожиданно для меня машина коснулась земли левым крылом. Это показывает, что эффективность бокового управления на новой машине намного больше, чем на прежних наших аппаратах. В тот момент, когда это произошло, машина находилась на высоте 12 или 14 футов. Сразу же после полудня Уилл отправился в четвертый, и последний, полет. Машина делала скачки вверх и вниз, как прежде, но к моменту, когда она пролетела 300 или 400 футов, Уилл почувствовал, что она управляется намного лучше и движется замечательно ровно. Это происходило до тех пор, пока аппарат не достиг небольшого пригорка, находившегося на расстоянии около 800 футов от места старта. В это время вновь началась килевая качка, и машина внезапно устремилась к земле. Рама переднего руля была сильно повреждена, но главная рама (конструкция крыла – Д. С) не пострадала совсем. Расстояние над землей в 852 фута было пройдено за 59 секунд».