Михаил Зенкевич - Братья Райт

Доклад Вильбура был напечатан в декабрьском номере «Журнала Западного общества инженеров» за 1901 г. и благодаря Шанюту стал известен затем во Франции, где капитан Фербер, пробовавший сначала аппарат Лилиенталя, скопировал по описаниям и снимкам планер бр. Райт и начал с ним производить опыты.

Самым главным положительным результатом полетов 1901 г. в Кити Хок было то, что после своего временного разочарования бр. Райт ясно увидели, что без точных аэродинамических данных невозможно разрешить проблему полета. Этих точных данных, как показали их опыты, они не могли найти в аэродинамике того времени, блуждавшей, как они правильно выразились, ощупью в темноте. Насущный для авиации вопрос об изучении сопротивления движущихся в воздухе тел и о возникающих при этом силах в то время только робко намечался в немногих случайных противоречивых работах. Воздушные таблицы Лилиенталя были лучшей практической работой в этом направлении, но и они, как обнаружилось на практике, оказались далеко не точными. Кроме таблиц Лилиенталя, в распоряжении бр. Райт находилась книга проф. Лэнгли «Эксперименты по аэродинамике», но его вычисления казались бр. Райт еще менее точными, чем таблицы Лилиенталя.

«Мы ничем не обязаны Лэнгли», — говорил потом Мак Мэгону Орвил, вспоминая об этом периоде.

Бр. Райт не могли найти в аэродинамике точных вычислений даже для единицы измерения воздушного давления — давление воздуха при скорости движения в одну милю на один квадратный фут плоскости. Результаты различных вычислений разнились здесь на целых 50 процентов.

«Если это простейшее из измерений представляло столько затруднений, — пишет Орвил, — то, что сказать о затруднениях, встреченных теми, кто пытался определить давление при каждом угле, когда поверхность наклоняется все более и более боком к ветру? В XVIII столетии Французская академия составила таблицы, дающие такую информацию, и потом позднее Воздухоплавательное общество Великобритании повторило эту попытку. Многие исследователи также публиковали свои вычисления и формулы, но результаты получались такие противоречивые, что проф. Лэнгли произвел новый ряд вычислений, легших в основу его знаменитого труда «Опыты по аэродинамике». Однако критическое рассмотрение данных, на которых он основывал свои выводы относительно давления при небольших углах, обнаружило такие различные результаты, что многие его выводы были только предположениями. Чтобы работать разумно, необходимо знать действие множества вариаций, которые существуют в поверхностях летательных машин. Давление на квадраты другое, чем на прямоугольники, круги, треугольники или эллипсисы; вогнутые поверхности разнятся от плоских и разнятся между собой при разной величине вогнутости; дуги круга разнятся от дуг парабол, которые тоже разнятся между собой; толстые поверхности разнятся от тонких и поверхности более утолщенные в одном месте, чем в другом, разнятся в давлении, когда положение максимума толщины различно; одни поверхности более эффективны при одном угле, другие — при другом угле. Форма края также дает разницу, так что возможны тысячи комбинаций в такой простой вещи, как крыло».

Чтобы вычислить точно эти тысячи комбинаций, бр. Райт приступили к кропотливым аэродинамическим опытам. На свои опыты они сначала, по их собственному признанию, смотрели как на спорт, но потом невольно подошли к научной стороне проблемы и нашли ее такой захватывающей, что погружались в нее все глубже и глубже.

Измерение сил сопротивления движущегося по воздуху тела в современной аэродинамике производится двумя методами: или тело движется с определенной скоростью по спокойному воздуху, или воздух набегает с определенной скоростью на неподвижное тело. В то время, когда бр. Райт начали свои занятия по аэродинамике, в ней господствовал исключительно первый метод. И Лэнгли и Максим производили свои опыты, вращая предметы или модели рукой по воздуху. При таком способе очень трудно было измерить, под каким углом находилась вращаемая плоскость или модель в тот или иной момент. Кроме того результаты испытаний искажались влиянием центробежной силы в зависимости от большей или меньшей близости вращаемого предмета к центру вращения. Неудивительно, что и результаты опытов получались противоречивые и неточные.

Бр. Райт тоже сначала работали по этому методу. Флюгер на велосипедном руле был одним из таких несовершенных приборов. Потом у них явилась мысль — почему бы, вместо того чтобы вращать и двигать испытуемый предмет по воздуху, не сделать наоборот — пускать движущийся воздух на неподвижный предмет? При таком способе гораздо легче измерять углы, и результаты испытаний будут более точными. Нужно только неподвижный предмет или модель наклонять под разным углом навстречу набегающему потоку воздуха и точно измерять эти углы. Таким образом у бр. Райт возникла идея устройства первой аэродинамической трубы.

Эта труба, или «ветряной туннель», как они его называли, была устроена в их велосипедной мастерской и обошлась им всего в 15 долларов. Труба была деревянная, длиною в 6 футов 16 дюймов в диаметре (внутри). Поток воздуха в трубе вызывался металлическим вентилятором, прикрепленным к оси наждачного колеса, приводимого в движение двухцилиндровым газовым двигателем, находящимся в мастерском. Испытуемые предметы или модели подвешивались в трубе под различными углами, которые автоматически определялись особым угломером. Конечно этот ветряной туннель бр. Райт был очень несовершенен по сравнению с современными аэродинамическими трубами, употребляемыми теперь во всех аэродинамических лабораториях и институтах. Но для своего времени это было замечательное изобретение, сразу же давшее бр. Райт огромное преимущество перед другими изобретателями и подвинувшее их ближе к цели. Только получив ответ на мучившие их вопросы, смогли бр. Райт перейти к дальнейшему практическому осуществлению своего изобретения.

«Сделав предварительные измерения большого числа различных по форме поверхностей, чтобы получить общее представление о предмете, — пишет Орвил, — мы начали систематическое измерение различиях поверхностей с целью выяснить основные причины замеченных разниц в величине их сопротивления. Измерения почти 50 поверхностей при различных углах от 0 до 45 градусов, с промежутками в 2 1/2 градуса, систематизировались в виде таблицы. Эти измерения производились таким образом, чтобы показать также влияние одной поверхности на другую, когда они расположены одна над другой или следуют друг за другом».

Братья испытали в своем туннеле более двухсот моделей различных крыльев, размером от 3 до 9 дюймов в длину. Формы профилей их были различны и испытывались они в различных комбинациях: в виде монопланов, бипланов или мультипланов, а также в тандем (гуськом друг за другом). Модели крыльев делались из листового железа. Некоторые складывались так, что верхней части придавался нужный изгиб и крутой край спереди, а свободные концы соединялись плотно сзади. Другие делались толщиной в один лист, и им тоже придавался различный изгиб. Поверхности имели различную форму — от дуги до круга. Перед испытанием они смазывались слегка воском. Такое систематическое измерение величины сопротивления различных поверхностей и профилей крыльев при различных углах атаки в аэродинамической трубе никогда раньше до бр. Райт не производилось. Неудивительно, что и результаты этих упорных систематических опытов по аэродинамике были решающими для их дальнейшего успеха.