Отто Лилиенталь

Инж К. ВЕЙГЕЛИН

Конец XIX столетия — это период зарождения авиации. Целая плеяда выдающихся людей работала в эти годы над осуществлением полетов по аэродинамическому принципу, — без помощи газа, более легкого, чем воздух. Отдельные, разрозненные изыскания прежних лет и столетий сменились теперь систематическими работами. Здесь мы видим и теоретические исследования, и различные лабораторные эксперименты, и практические опыты. Сначала обычно велись наблюдения над полетами птиц и летающих животных, а затем на основе этих наблюдений производились лабораторные исследования, которые заканчивались обычно испытаниями летных моделей, вначале небольших, а потом все более крупных. Наконец, наиболее смелые испытатели переходили к постройке самолетных машин в натуральную величину, машин, которые могли бы поднять человека.

В 1897 году французский инженер Клеман Адер построил свой третий по счету аэроплан «Авион». Он был построен по образцу летучей мыши, — со складывающимися крыльями. На «Авионе» были установлены две паровые машины по 20 лошадиных сил, которые вращали два пропеллера. 14 октября того же года Адер сделал на своем аэроплане взлет длиной около 300 метров. Но после этого опыты были прекращены, и этот аэроплан нашел себе место лишь в музее.

В это же время американский профессор Лэнгли публикует первые классические «законы по аэродинамике», которые он вывел в результате долгих теоретических и лабораторных исследований. В глубокой тайне он строит одну за другой шесть летных моделей. Последние две, снабженные паровым моторчиком в одну лошадиную силу, совершают во время испытаний прекрасные полеты длительностью в полторы минуты.

Но когда через шесть лет попробовали построить по этим моделям уже настоящий аэроплан, он дважды терпит аварии, и опыты с ним прекращаются.

Английский инженер-изобретатель Хайрем Максим, первый конструктор известных пулеметов и скорострельных пушек его имени, также построил после тщательных лабораторных исследований громадный аэроплан с двумя паровыми двигателями, мощностью в 300—360 лошадиных сил. На испытаниях в 1894 году аэроплан Максима оторвался на небольшое расстояние от земли. Хотя изобретатель этого воздушного гиганта и провозглашал о своей победе, но все же не захотел тратить деньги на продолжение опытов, так как убедился в их преждевременности.

Почему же все эти попытки оканчиваются неудачно? Ответ на этот вопрос был дан одним скромным германским изобретателем — Отто Лилиенталем.

Человек этот сыграл крупнейшую роль в истории авиации. Он первый указал тот правильный путь, по которому должны были идти работы в области авиации. Он решительным образом отверг «модельный путь» своих предшественников.

«Собственное летание самого человека есть первооснова в решении проблемы, так как факторы, обусловливающие полет, могут быть освоены легче всего в процессе именно таких испытаний...» Вот первое и основное положение, которое ясно сформулировал Отто Лилиенталь.

Но как же человеку летать? На какой машине он сможет проделать все необходимые испытания? У кого ему учиться?

Исчерпывающие ответы на эти вопросы дает вся жизнь и все работы основоположника современного планеризма —  Отто Лилиенталя.

*

Отто Лилиенталь родился в Германии в 1848 году.

Еще подростком он с увлечением наблюдал за птицами, особенно за аистами, которые водились на его родине. Он любовался легкостью и красотой их полетов. Он и его брат Густав много думали о том, можно ли человеку уподобиться птицам. Они решили испробовать это на деле.

Братья делали себе легкие крылья, привязывали их к спине и так сбегали с горки. Но, опасаясь насмешек товарищей, они отваживались на эти проделки только в лунные ночи...

Окончив среднюю школу и обучаясь в Берлинской инженерной академии, Отто Лилиенталь стал серьезнее относиться к своим детским увлечениям.

Подобно многим своим предшественникам, он решил испытать машущие крылья, приводимые в движение мускульной силой самого человека.

Лилиенталь смастерил себе крылья с длинными щелями, открывавшимися при взмахе вверх; при этом воздух свободно проходил сквозь щели, не оказывая крыльям значительного сопротивления. Когда же крылья при взмахе вниз опускались, то щели захлопывались. Тогда крылья представляли собой уже целую сплошную поверхность, которая находила себе опору в воздухе.

Лилиенталь подвешивал себя на этих крыльях с помощью каната и двух блоков. На другом конце каната, перекинутого через блоки, он привязывал в виде противовеса груз в сорок килограммов. Сам же Лилиенталь вместе с крыльями весил восемьдесят килограммов. Но, работая ногами, он приводил в движение машущие крылья, приобретал подъемную силу и благодаря этому мог держаться в воздухе.

Один из профессоров Инженерной академии, узнав об опытах молодого исследователя, одобрил стремления Лилиенталя, но предупредил его о том, что «наукой твердо доказана невозможность для человека полета на машущих крыльях». В подтверждение этому приводилось мнение Гельмгольца, который высказался по этому поводу весьма осторожно: «Я не думаю, — писал он, — чтобы человек смог с помощью только собственной силы подниматься и держаться в воздухе». Но и такая формулировка была в то время равносильной непреложному закону, —  так велик был авторитет Гельмгольца.

Надо сказать, что вопрос о машущих крыльях до сих пор еще окончательно не разрешен. Его аэродинамическая сущность все еще полностью не вскрыта. Мы знаем только, что соотношение между мускульной силой и собственным весом у человека во много раз хуже, чем у птицы. Но ошибка Гельмгольца заключается в том, что он упустил возможность планирующего полета, условия которого совершенно иные.

Лилиенталь оставил опыты с машущими крыльями. Он убедился, что работа ими, даже при полном расходе сил в течение нескольких минут или секунд, все же дает очень незначительное действие. С помощью противовеса он точно определил, что при работе крыльями его вес облегчался не более, чем на одну треть. Значит, чтобы подняться в воздух, нужно было увеличить энергию более чем в два раза, а это, конечно, было непосильной задачей.

*

Студент сделался инженером. Лилиенталь работает на разных заводах — и в качестве конструктора, и сменным инженером непосредственно на производстве, в цехах.

Параллельно он занимается всевозможными изобретениями. Так, например, он изобретает безопасный паровой котел, который имел вид спирально изогнутой трубки. Такая форма котла облегчала процесс парообразования. Этот котел Лилиенталь предназначал для двигателей своих будущих летных машин.

Вместе с тем он много думает о возможности для человека летать по-птичьи.

В 1870 году, во время франко-прусской войны, Лилиенталь попадает в действующую армию. Он побывал под осажденным Парижем и видел здесь воздушные шары, с помощью которых парижане сносились с остальной страной. Но шары его не удовлетворяли.

Лилиенталь внимательно изучал опыты своих предшественников. Он перечитал все, что они писали о своих работах. Но, увы, он не мог найти для себя никакой путеводной нити!

— О сущности летания каждый техник имеет свое особое мнение... В технике летания слишком много всяких рассуждений и вычислений и слишком мало опытов, —  так с огорчением говорил он позднее.

Нужны опыты, опыты и опыты. Этим и занимается Лилиенталь в течение пятнадцати — двадцати лет.

Он изучал, как парят в воздухе аисты, он испытывал падение пластинок различных форм, он возился с воздушными змеями и знакомился при этом с действием ветров и других воздушных токов в атмосфере. И все это он проделывал для того, чтобы использовать полученные наблюдения для личных упражнений в летании.

Постоянные наблюдения, сопровождаемые опытами и вычислениями, многому научили Лилиенталя.

Как, например, птица может парить? В чем разгадка этого чуда, когда даже крупные птицы, весящие пять-шесть и более килограммов, носятся в воздухе без всякой работы крыльев?

До Лилиенталя существовала теория, будто в парении птица создает подъемную силу быстрыми и потому якобы незаметными колебательными движениями концов своих крыльев и маховыми перьями в них. Лилиенталь решительно отвергает эту теорию. Для таких движений у птицы нет мускулов, да это и не подтверждается никакими опытами, говорил он. Нет, вернее, что птица держится восходящими токами воздуха. Тогда, значит, птица в парении неуклонно падает, все время скользит по наклонной линии. А иногда сила воздушных потоков настолько велика, что они даже поднимают птицу вверх.

Запуская воздушные змеи, Лилиенталь заметил, что в некоторых случаях они поднимаются высоко над головой при отвесно натянутом шнуре. А иногда шнур даже вовсе не натянут — змей парит свободно, как птица. Такие явления возможны только при восходящих движениях масс воздуха.

Чем же объяснить существование восходящих токов в атмосфере? Дело в том, что наша атмосфера подогревается не непосредственно от солнца, а от поверхности земли. Солнечные лучи, проходящие через воздушные слои, оказывают непосредственно на них лишь ничтожное согревающее действие. Теплота, воспринимаемая атмосферой, поступает не сверху, а снизу, от нагреваемой солнцем поверхности земли. И вот нижние слои атмосферы, как более теплые и легкие, поднимаются кверху. Благодаря этим восходящим токам и возможно парение для насекомых, птиц и даже для человека.

Но есть и другой источник восходящих токов — механический. В холмистой местности такие токи образуются, например, когда горизонтальный ветер отражается от наветренных склонов, или же от ветров, спускающихся по подветренным склонам и отражающихся от горизонтальной долины.

«А если все это так, — думал Лилиенталь, — то что же мешает парить на крыльях и человеку? Ведь тут не надо проявлять силы своих мускулов. И совершенно не нужно никаких двигателей. Надо только построить легкие крылья наподобие птичьих и научиться ими пользоваться».

Лилиенталь крепко хватается за эту идею и начинает ее разрабатывать.

Он изучает свойства и форму птичьего крыла. Он замечает, что крыло несколько, изогнуто в поперечном направлении. Случайно ли это? Нет. Крыло такой формы удобнее прилегает в сложенном виде к телу птицы.

— Но какую роль играет эта кривизна в полете? — задавал себе вопрос Лилиенталь.

Раньше этим никто не интересовался. И Лилиенталь ставит серию опытов, чтобы решить этот вопрос. Он испытывает в совершенно одинаковых условиях подъемную силу пластинок плоских и изогнутых.

И оказалось, что изогнутые пластинки имеют большую подъемную силу, чем плоские.

Затем Лилиенталь тщательно испытывает пластинки-крылья разной кривизны и при разных углах наклона к воздушному потоку и находит наиболее выгодные условия для получения максимальной подъемной силы.

Так, развивая все дальше и дальше свои опыты, Лилиенталь дает первое, по существу, исследование по аэродинамике крыла.

*

В конце восьмидесятых годов Лилиенталь счел предварительные опыты законченными. Результаты своих интересных наблюдений он опубликовал в 1889 году в книге, озаглавленной: «Полет птиц как основа искусства летать».

И только после этого началась летная практика. Лилиенталь хотел на личном примере показать, что человек может соревноваться с птицами.

Но работы по усвоению «птичьего ремесла» требовали уже больших расходов и более свободного времени. Лилиенталь приводит в порядок денежные дела, используя свои изобретения. Производство одного из таких изобретений — безопасного парового котла со спиралью —  Лилиенталь решает осуществить сам. Он достает необходимые деньги, приобретает небольшой машиностроительный завод и организует там выработку, главным образом, котлов собственной конструкции. Дело пошло, и новоиспеченный буржуа может позволить себе роскошь «чудить по своему вкусу», как сплетничали о нем соседи, глубоко сожалевшие, что «птичья блажь» мешает изобретателю нажить более прочное состояние и «выйти в люди»...

Лилиенталь выработал несколько основных положений, которыми он руководствовался в своей работе.

Во-первых, он утверждал, что лучше строить аппараты малых размеров, так как при возрастании величины крылатой машины трудно делать конструкцию достаточно легкой.

Затем он установил, что трудность взлета непропорционально увеличивается во много раз с возрастанием нагрузки. Поэтому взлет одного человека осуществить легче, чем подъем машины более крупных размеров с несколькими пассажирами.

Преимущество небольшого аппарата, рассчитанного на подъем только одного человека, заключается еще и в том, что вредное влияние ветра растет с величиной машины. Помимо этого, управлять аппаратом малых размеров значительно легче.

В заключение Лилиенталь подчеркивает, что применение маленьких летных моделей не обеспечивает достаточной длительности для наблюдений. Поэтому летные испытания могут быть поучительными только тогда, когда человек сам совершает сам полет и добивается его продолжительной устойчивости самостоятельным управлением и регулированием.

Так были сформулированы четыре основные положения о том, что человеку необходимо прежде всего научиться летать (парить) самому на простейших крыльях или на планере, как сказали бы мы теперь.

История авиации знает лишь три случая испытания крылатых машин типа планера, которые были проделаны до Лилиенталя.

В начале XIX столетня такие испытания проделал английский математик Кэйли, о котором сохранились весьма скудные сведения.

В 1857 году французский моряк Ле Бри испытывал крылатую машину, которая буксировалась на легкой повозке лошадью. При этом машина поднималась вместе с седоком против ветра, подобно воздушному змею. Десятью годами позднее Ле Бри испытывал крылья, сбегая против ветра с возвышенности. Но только один раз ему удалось осуществить планирующий спуск.

В восьмидесятых годах подобные же попытки делал и другой француз — Муйяр. Он производил длительные наблюдения за парением птиц в Алжире и там же испытывал крылья, схожие с лилиенталевскими, но положительных результатов в планировании не добился.

Лилиенталь был первым, кто смог совершать на крыльчатых аппаратах систематические полеты.

*

В 1891 году Лилиенталь строит себе из ивовых прутьев первые крылья. Как и Адер, он взял за образец крылья летучей мыши.

Один из первых планеров Отто Лилиенталя.

Вся конструкция вышла очень легкой — всего около 18 килограммов. На каркас крыльев прибивалась полотняная обшивка поверхностью в 10 квадратных метров. Чтобы придать крылу поперечную выпуклость, Лилиенталь накладывал поверх обшивки соответственно изогнутые деревянные рейки — ребра. Сзади крыльев был прилажен хвост, как оперение стрелы.

Когда испытатель становился на свое место посредине крыльев, они приходились ему подмышками. В воздухе, на весу, он опирался руками на вытянутый обруч в основной, центральной части машины.

Начались практические опыты.

Шаг за шагом пытался Лилиенталь сначала прыгать с насыпи в своем саду, потом сбегать с более или менее пологих склонов и, наконец, спускался с этих же склонов, скользя над ними.

Вскоре он увидел, что прыгание дает только парашютирование, т. е. медленный, почти вертикальный спуск вниз. Но если предварительно разбежаться, то и прыжок с насыпи высотой всего в один-два метра приводит к плавному скольжению на расстояние шести-семи метров.

Этот рисунок относится к 1891 году. Лилиенталь совершает планирующий спуск с башни на одном из первых планеров.

Когда Лилиенталь напрактиковался в таких коротких спусках, он перенес испытания в поле, где были холмы. Там он выбрал для своих полетов несколько пунктов.

Практика показала Лилиенталю, что всегда надо ориентироваться против ветра и выбирать более пологие склоны. Планер, как и его прародитель — воздушный змей, получает подъемную силу от скорости воздушного потока. И если человек с крыльями сам не движется быстро вперед, как современный аэроплан, то надо, чтобы навстречу ему двигался поток воздуха от ветра.

Пологие склоны и оказались удобнее именно потому, что здесь отрыву планеров сильно помогает упругая воздушная подушка, которая образуется ветром между землей и крыльями. При крутом же склоне такой упругой подушки не образуется, и вместо планирующего спуска получается падение — парашютирование. Поэтому, в зависимости от направления ветра, Лилиенталю и понадобилось несколько мест для стартования.

При таких условиях Лилиенталю удавались плавные слеты длиной в 20—30 метров. Конечно, надо было приноравливаться к погоде — ветер не должен быть слишком сильным или порывистым.

Лилиенталь научился хорошо балансировать в воздухе собственным корпусом, уклоняясь ногами то вперед, то назад, то в какую-нибудь сторону, если равновесие почему-либо нарушалось.

Затем надо было приноровиться к тому, чтобы посадка выходила достаточно мягкой. Если случалось делать посадку не против ветра, то надо было для устранения толчка приподнимать вверх переднюю кромку крыльев.

Лилиенталь вскоре очень хорошо овладел этими тонкостями планирования.

Изменяя и совершенствуя конструкцию своих крыльев, он менял и места испытаний. Из окрестностей г. Штеглица Лилиенталь перешел на Риновские горы. Здесь он спускался с холмов высотой в 20—30 метров, а позднее и до 60—80 метров. Он научился держаться в воздухе до 20—30 секунд. За это время он пролетал расстояние в 200—300 метров.

Мало того, Лилиенталь научился делать в воздухе виражи (повороты) и настолько приспособился использовать ветер, что ему удавалось подниматься даже выше места взлета.

*

В 1894 году отважный испытатель устроил себе в окрестностях Берлина, около железнодорожной станции Лихтерфельд, насыпной холм высотой в 15 метров. Холм имел пологие скаты во все стороны. Это избавляло Лилиенталя от необходимости искать место для старта каждый раз в зависимости от направления ветра. На самой вершине холма была оборудована землянка для хранения планеров.

На снимке — холм, являвшийся для Лилиенталя лабораторией опытов. С вершины этого холма Лилиенталь взлетал на своих планерах.

В этот период Лилиенталь переделал свою летательную машину. Он сделал в ней двухъярусные крылья. Размах их был сокращен при этом до 5,5 метра, что облегчило обращение с планером на земле. А в воздухе бипланные крылья были более устойчивы, чем монопланные.

В 1894 году Лилиенталь совершает полеты на бипланном планере, изображенном на этом рисунке.

Любопытно привести впечатления живого свидетеля опытов Лилиенталя. Вот как рассказывает о них редактор английского журнала, посетивший станцию Лихтерфельд:

«Мы поднялись на вершину холма, и Лилиенталь окрылился своим снарядом. Я отошел ниже и с интересом ожидал момента взлета. Летчик стоял лицом против ветра, в позиции бегуна, ожидающего сигнала для старта на скорость. Когда почувствовался порыв ветра, Лилиенталь быстро сделал три шага вперед и, поднятый на крыльях, поплыл почти горизонтально от вершины холма. Он с большой скоростью пронесся над моей головой, так что я не успел даже проследить за ним глазами, лишь в ушах моих прозвенели растяжки, вибрировавшие в полете от напряжения... Затем планер повернул влево, уклоняясь от направления ветра. Это произошло тоже очень быстро. Планер накренился, как бы терпя аварию. Был момент, когда я видел верхнюю поверхность крыльев. Но Лилиенталь энергичным отбросом своих ног восстановил равновесие и пошел, планируя над лугами в долине, почти касаясь верхушек стогов скошенного сена. В расстоянии полметра от поверхности земли он выбросил ноги вперед. Несмотря на большую скорость, планер сразу остановился, так как при поднявшейся передней кромке крылья оказали сильное торможение; посадка вышла очень мягкой»...

Крыльчатый аппарат Лилиенталя 1895 года. Концевые открылки приспособлены для регулирования движением, чтобы получить собственную тягу.

Проделав около двух тысяч полетов, Лилиенталь стал готовиться к следующей ступени испытаний. Он хотел поставить на крылья свою паровую машину в 25 лошадиных сил. Эта паровая машина должна была приводить в машущее движение специальные открылки, устроенные по концам крыльев планера. При этом Лилиенталь рассчитывал получить от работы машущих крыльев собственную тягу, которая заставила бы планер двигаться вперед подобно тому, как это делает пропеллер на современных самолетах.

Так думал Лилиенталь уподобиться не только планирующей или парящей птице, но и птице, движущейся гребным полетом.

Но, увы, ему не удалось осуществить свою мечту!

9 августа 1896 года отважный пилот потерпел серьезную аварию. Неизвестно отчего — то ли от сильного порыва ветра, то ли от поломки крыльев — планер неожиданно упал с высоты 15 метров. При падении Лилиенталь получил смертельные повреждения позвоночного хребта. На следующий же день он скончался.

Так трагично окончилась жизнь этого талантливого изобретателя, смелого спортсмена и исследователя.

Памятник Лилиенталю в Лихтерфельде, поставленный в 1914 году.

Еще при жизни Лилиенталя его работами заинтересовались многие люди в различных уголках земли. Среди них был американский профессор Шанют, английский морской инженер Пильчер, французские спортсмены Фербери и Ламбер, московский профессор Н. Е. Жуковский, немецкий инженер Нимфюр и др. Они выписывали себе лилиенталевские планеры, либо сами строили их по авторским описаниям. Так, например, один из подлинных планеров Лилиенталя, приобретенный проф. Н. Е. Жуковским, попал в Москву и ныне украшает центральный музей Осоавиахима.

Названные ученые с энтузиазмом и самоотверженностью продолжали дело Лилиенталя, стремясь подойти к созданию целесообразно построенного аэроплана с двигателем путем летных испытаний крыльчатых машин без двигателей.

Идя именно по этому пути, братья Райт создали первый практически годный аэроплан. Они начали свои замечательные работы с полетов на планере и усвоения ценнейшего опыта Лилиенталя.