какое расстояние смог пролететь самолет братьев райт в первом успешном полете 17 декабря 1903 года
17 декабря 1903 года в долине Китти Хок на Флайере (самолёт с двигателем внутреннего сгорания, сконструированный и построенный братьями Райт) был совершён первый в мире полёт, при котором летательный аппарат с человеком поднялся в воздух на тяге двигателя, пролетел вперёд, и совершил посадку на месте с высотой, равной высоте места взлёта.
Для своего первого самолёта братья Райт изготовили деревянные пропеллеры, бензиновый двигатель (совместно с Чарли Тэйлором) и каркас из ели. Стоимость постройки «Флайера-1» составила менее тысячи долларов, это значительно меньше, чем 50 000 долларов, полученных Самуэлем Лэнгли на строительство его Аэродрома. «Флайер-1» имел размах крыла 12 м, весил 283 кг, и был оснащён двигателем мощностью 9 кВт и весом 77 кг.
Братья Райт полагали, что модель пропеллера будет простым вопросом и планировали использовать расчёты для корабельных винтов. Однако их библиотечные исследования не привели к нахождению каких-либо базовых формул для морских или воздушных винтов, и они оказались без отправной точки в этом вопросе. Они обсуждали и долго спорили по этому поводу, пока не пришли к выводу, что пропеллер — по сути то же крыло, только вращающееся в вертикальной плоскости. На этом основании они для проектирования пропеллеров воспользовались данными большего количества испытаний в аэродинамической трубе. В окончательном варианте диаметр пропеллера составил 2,6 м, лопасти были сделаны из трёх склеенных кусков ели. Братья Райт выбрали двойной «толкающий» пропеллер (противовращающийся, чтобы гасить вращающий момент), который должен действовать на больший объём воздуха, чем одинарный относительно медленный пропеллер, и не будет влиять на поток воздуха по передней кромке крыльев.
Уилбер сделал в марте 1903 запись в своей записной книжке о том, что пропеллер опытного образца имел КПД 66 %. Современные испытания в аэродинамической трубе пропеллеров образца 1903 года показали, что они имели КПД более 75 % в условиях первых полётов, а фактически имели максимальный КПД 82 %. Это очень большое достижение, учитывая, что современные деревянные пропеллеры имеют максимальный КПД 85 %.
Братьям Райт для своего самолёта также требовался двигатель. Они написали нескольким изготовителям двигателей, но ни один из них не смог удовлетворить их требования к весу авиационного двигателя. Они обратились к механику их магазина, Чарли Тэйлору, который построил двигатель через шесть недель при постоянных консультациях с братьями. Чтобы вес двигателя был достаточно низким, его основные части были сделаны из алюминия, что было редкостью в то время. Двигатель Райт-Тэйлора был примитивным вариантом современных инжекторных систем, он не имел ни карбюратора, ни топливного насоса. Бензин стекал под своим весом в картер через резиновую трубку из топливного бака, установленного на распорке крыла.
Цепь цепной передачи напоминала аналогичную велосипедную, однако она была произведена предприятием, производящим сверхпрочные цепи для автомобильных двигателей.
Первую попытку взлёта на самолёте совершил Уилбер 14 декабря 1903 года, выиграв в орлянку право первым взлететь, однако самолёт упал сразу после взлёта, «Флайер-1» при этом незначительно пострадал. В письме к семье Уилбер писал, что испытание принесло «только частичный успех», констатируя, что «мощности вполне достаточно, и если бы не пустяковая ошибка и не недостаток опыта с этой машиной и этим методом старта, машина несомненно полетела бы красиво». После ремонта братья Райт наконец поднялись в воздух 17 декабря 1903, совершив два полёта, каждый от уровня земли при встречном ветре скоростью 43 км/час. Первый полёт совершил Орвилл, он пролетел 36.5 метров за 12 секунд, этот полёт был зарегистрирован на известной фотографии. Следующий полёт совершил Уилбер, пробыв в воздухе 13 секунд, и преодолев расстояние в 53 метра. Третий полёт имел продолжительность 15 секунд и дальность 60,5 метра. Высота этих полётов была около 3 метров над уровнем земли.
Свидетелями полётов были пять человек: Адам Этэридж, Джон Дэниелс и Уилл Дуг из береговой команды спасателей; бизнесмен области У. С. Бринкли; и Джонни Мур, деревенский мальчик, что позволяет считать эти полёты первыми публичными полётами. Оператор телеграфа, передававший телеграмму их отцу, стал источником утечки информации против желания братьев, и весьма неточные сообщения появились в нескольких газетах на следующий день.
После того, как мужчины отбуксировали Флайер обратно после его четвёртого рейса, мощный порыв ветра переворачивал его несколько раз, несмотря на попытки предотвратить это. Сильно повреждённый, самолёт больше не поднимался в воздух.
Чему поучиться у братьев Райт — как резать фичи и запускать MVP
Автор: Юрий Деточкин.
В конце 19 века уже всё было готово для изобретения самолёта. Вот тебе теория о подъёмной силе крыла, вот тебе компактный двигатель внутреннего сгорания. Но ни у кого не получалось — аппараты в полёте были неуправляемыми и падали.
В результате полноценно летающий самолёт собрали двое самоучек из американской глубинки. Про образование не шучу — Уилбер и Орвилл Райт даже школу не закончили.
Может, они были богатые сумасброды? Да нет, всего лишь средней руки предприниматели — владели магазином велосипедов и веломастерской.
Хотя может быть в этом и разгадка? Когда у тебя мало ресурсов, поневоле нужно отбросить всё лишнее и сфокусироваться на самом важном.
А самое важное было — решить проблему управления самолётом в полёте.
На дворе 1896 год. Братья сидят у себя в веломагазинчике в Огайо и читают выдержки из газет, посвящённые полётам энтузиастов. Идея о самолёте в то время витала в воздухе (каламбур#1).
Типичный способ изобретения самолёта был такой:
1) Построить планер поэкзотичнее. Побольше плоскостей, хвостов и свистелок.
2) Поставить движок помощнее.
3) Попробовать взлететь
4) Упасть и разбиться
Немецкий инженер Отто Лилиенталь готовится к полёту. Погиб в 1896 во время очередных испытаний.
Братья подумали — если падать и разбиваться, то до успешного прототипа можно и не дожить. Нужно иное решение. Три года им понадобилось на раскачку и обдумывание, а в 1900 году они начали строить модели планеров и испытывать разные способы управления.
Представим, что движок у нас уже есть.
Как заставить самолёт лететь туда, куда нам надо? Потренируемся на моделях и воздушных змеях.
А управление самолётом разложим по осям.
Крен (продольная ось). Что, если накренить самолёт? Например, на велосипеде мы же создаём крен всем телом, чтобы повернуть на скорости? Давай попробуем.
А как это сделать? Заметили, что птицы слегка сгибают крыло, чтобы повернуть.
И изобрели схему с перекашиванием крыла (до использования элеронов не додумались). Оказалось, работает. Планёр меняет траекторию, выравнивается, и дальше летит снова прямо.
Тангаж (поперечная ось). Чтобы набрать высоту или опуститься, нужно задрать или опустить нос. Поставим спереди маленькие крылышки, наклон будем регулировать ручкой. Так изобрели рули высоты (по схеме «утка»).
Рыскание (вертикальная ось). И последнее — как повернуть нос самолёта влево или вправо? Поставим вертикальное оперение сзади.
Во время испытаний обнаружили, что нос поворачивать влево-вправо можно, но направление полёта от этого не меняется.
Т.е. руль пригодится для борьбы с рысканием, но не для изменения траектории полёта. Крен рулит! (каламбур#2)
1902 год. Все органы управления уже есть, не хватает мотора.
Все эти открытия Уилбер и Орвилл Райт сделали за три года, пока тренировались с планёрами без мотора.
Тренировки проводили на пляжах в Китти-Хоук (Северная Каролина) — специально выбрали такое место, чтобы дул постоянный ветер. А песок пригодился для мягких посадок.
Сначала — таскали на тросе простой воздушный змей с балластом. В роли балласта выступал мешок с песком и даже соседский мальчик (true story).
Потом уже начали летать с пилотом на борту. Совершили 2000 (две тысячи) полётов в среднем по 30 секунд.
И наконец, в 1903 на планёр поставили двигатель и получился самолёт Flyer I.
Вот ещё несколько революционных фишек, которые внедрили братья Райт уже в первой модели.
Профиль крыла. Про подъёмную силу уже было многое известно, но оптимальный профиль ещё не был разработан.
Крыло в разрезе должно быть выпуклым наверх. Тогда поток воздуха сверху создаст разрежение, а снизу начнёт действовать подъёмная сила.
Вопрос в форме этой выпуклости.
Братья догадались, что «горбик» нужно расположить ближе к передней кромке крыла. Так подъёмная сила крыла будет больше, чем если оставить выпуклость по центру.
«Догадались» — это я конечно неточно выразился. Пляжные сезоны 1900-1901 разочаровали — нормальной подъёмной силы не получалось. После чего братья построили аэротрубу:
Протестировали в ней 200 вариантов формы крыла и только после этого выбрали оптимальный профиль.
Форма винта. Пропеллер тоже пришлось изобретать самим.
Сначала все авиаторы думали, что воздушные винты будут похожи на гребные винты судов — с широкими и короткими лопастями. Братья Райт изобрели свой вариант: с двумя длинными и узкими лопастями.
КПД у таких воздушных винтов больше.
А две лопасти сделать было проще и технологичнее, чем три — бери доску и выстругивай из неё винт целиком.
Разворачивающий эффект. У винтовых самолётов возникают проблемы с управлением: аппарат всё время разворачивает и кренит в одну сторону. Эффект особенно заметен при низких скоростях.
Решили проблему элегантным способом — установили ДВА толкающих винта, крутящихся в разные стороны:
Визуализация Флаера, вид сзади. Стрелками показано вращение винтов.
Лёгкий двигатель. С тяжёлым не поднимешь аппарат, не хватит подъёмной силы крыльев. Прикинули, что нужен ДВС, выдающий 8 лошадиных сил при весе не более 90 кг. Таких движков на рынке не было, пришлось сделать самим. Блок цилиндров отлили из сплава алюминия и меди в ближайшей литейной мастерской (для маскировки закрасили чёрной краской, чтобы конкуренты не прознали об алюминии).
Остальные детали приладил их веломеханик Чарли Тейлор. Собирали без чертежей. Получившийся двигатель весил 70 килограмм и выдавал 12 л.с.
Слева — блок без крышки. Справа — крупным планом камеры поджига топлива.
Управление задом. За подъём-спуск отвечает ручка. Как управлять креном? Приделать ещё одну ручку или изобрести джойстик? Это сложно, ограничимся простой схемой — нужно двигать бёдрами влево или вправо:
Заодно натренируешь себе косые мышцы живота!
Первые испытания чуть не привели к катастрофе — выяснилось, что планер начинает рыскать при крене. Тут и пригодился руль направления на хвосте — тросик руля синхронизировали с креном, получилась компенсация и самолёт стал поворачивать нормально.
Рельсы для взлёта. Ещё одна фича, которую обрезали — шасси. Во-первых, лишний вес. Во вторых — колёса бы увязли в песке при разбеге.
Вышка с грузиком в роли катапульты.
Для запусков использовали однопутный рельс длиной 18 метров, взлетали против ветра — этого хватало.
Расположение двигателя и пилота. Фюзеляж — роскошь и лишний вес, не будем даже проектировать. Движок поставим прямо на крыло. Расположить и двигатель и пилота на одной оси не получается, поэтому положим их рядом, соблюдая развесовку:
Да, пилот не лежит по центру, ну и что?
Всё готово. Братьям так не терпелось начать испытания, что поехали на пляжи в декабре! И получилось. Первый полёт с мотором продлился целых 12 секунд.
Морозное утро 17 декабря 1903. Полетать удалось 4 раза, потом самолёт развалился от порыва ветра. Движок сняли и использовали в следующей модели.
Через год — модель Flyer II, летали уже у себя в Огайо в среднем по 5 минут.
В 1905 — Flyer III. Установили более мощный двигатель, применили независимое управление рулем направления и перекашиванием крыла, заменили лежачее положение пилота на более удобное сидячее.
1905 год. Модель Flyer III, полёт длился уже 33 минуты.
А дальше — разобрали самолёт и не летали два года, пока не решили вопросы с патентом и не заключили контракты с правительством США и Франции.
В 1908 году Уилбер Райт с триумфом продемонстрировал усовершенствованный вариант «Флаера» во Франции. Взлетали с пассажиром, катали всех желающих.
Европейские авиаторы были в шоке — они до сих пор бьются над загадкой управления — а эта штука уже летает.
Братья проснулись знаменитыми на весь мир. Слава была заслужена.
А вот с доходами от идеи получалось не очень. По идее, патент защищал саму схему управления планером по трём осям. Все современные самолёты работают по этому принципу, так что братья должны были получать лицензионные отчисления от каждого произведённого с тех пор аппарата. Но не срослось.
Как только принцип управления был продемонстрирован — все авиаторы поняли, что это очень просто и как они раньше сами не догадались.
Прогресс было не остановить, все страны бросились клепать свои самолёты.
Идея с патентной защитой не взлетела (каламбур#3).
Патентные войны. Братья продали лицензию на постройку своих аппаратов в США и Европе. А также основали компанию в Огайо, чтобы самим строить самолёты и продавать всем желающим.
Двигатели заказывали у Гленна Кёртиса, мотогонщика и предпринимателя, он делал самые лёгкие и надёжные движки.
И он тоже заинтересовался самолётами и начал строить свои модели.
Первым сделал гидросамолёт, попробовал бомбометание и стрельбу из пулемёта с самолёта. Первым отработал взлёт и посадку на корабль.
А братья Райт ревниво наблюдали, как во всём мире растёт количество и качество самолётов. За всеми не уследишь!
В Америке они начали процесс против Кёртиса, который длился пять лет. Они выиграли, но платежей от компании Кёртиса так и не дождались.
И если американские суды вставали на сторону братьев, то в Европе судьи не спешили штрафовать свои компании в пользу американцев.
Немцы вовсе отказались признавать их приоритет и платить лицензионные отчисления.
Во Франции судебный процесс тянулся до 1917, а там и действие патента кончилось.
В 1912 неожиданно от тифа умер Уилбер Райт. Постоянные поездки по судам и нервотрёпка не лучшим образом сказались на его здоровье. Дело продолжил Орвилл. Но на разработку новых моделей и ведение бизнеса сил у него уже не было.
К этому времени самолёты Wright Company считались худшими по качеству, чем европейские.
Орвилл Райт продал компанию в 1915 году. Но продолжал судебные споры и в итоге перессорился со многими пионерами авиации.
Всё это негативно сказалось на авиапромышленности США.
К 1917 году, когда Америка вступила в войну, нормальных истребителей у американцев не было. Лётчики летали на французских Ньюпорах.
А американцы срочно развернули у себя лицензионное производство французских, британских и итальянских моделей.
И единственными серийными американскими самолётами в той войне были летающие лодки Кёртиса, вот ирония судьбы))
Конечно, списывать всё на патентные войны братьев Райт было бы натяжкой.
Основная причина — США поздно вступили в войну, у них просто не было необходимости развивать ВВС и специализированные виды самолётов.
Орвилл Райт после 1918 года не пилотировал самолёты. Работал авиационным чиновником, умер в 1948 году, успев застать зарождение сверхзвуковой авиации.
Выводы для начинающих изобретателей:
1) Возраст, образование, материальное положение — не помеха
2) Есть инвестор — хорошо, нет — начинайте без денег
3) Рискуйте своей шкурой тогда, когда уже потренировались на моделях и соседских ребятишках
4) Для запуска работающего прототипа нещадно урезайте фичи
5) Заранее думайте, как монетизировать идею.
Продуктивной вам работы и мирного неба над головой!
2. Райан Норт. Как изобрести всё (Эксмо, 2019)
3. Канал Learn Engineering на ютубе, ролик про Flyer I: https://youtu.be/LigpsX1KoQE
А ещё вы можете поддержать нас рублём, за что мы будем вам благодарны.
Юmoney (410016237363870) или Сбер: 4274 3200 5285 2137.
Подробный список пришедших нам донатов вот тут.
Журналистика
9 октября 1903 года
Человек не полетит еще миллион лет
Чтобы построить летательный аппарат, потребовалось бы «объединить усилия математиков и механиков в течение миллиона-десяти миллионов лет.»
Братья Райт 9 дней спустя
Что случилось в этот день? Братья Райт получили патент на свой летательный аппарат.
Заявка на патент 1903 года, которую братья составили собственноручно, была отклонена. В начале 1904 года они наняли неизвестного в Огайо юриста, специализировавшегося на патентах, Гарри Тоулмина, и 22 мая 1906 года получили патент США № 821393 на «Летающую машину». Патент основывался на полётах планёра 1902 года (без двигателя).
Важность патента заключалась в регистрации нового и весьма полезного метода управления летающей машиной, вне зависимости от наличия двигателя. В тексте описана техника перекашивания крыла, но притом отдельно подчёркивается возможность использования иных методов регулирования внешних частей крыльев машины к различным углам с левой и с правой стороны в целях контроля крена. Концепция изменения углов законцовок крыла любым подходящим для этого способом является центральной идеей патента. Патент позволил братьям Райт выиграть судебные процессы против Гленн Кёртисс и других пионеров авиации, которые для управления креном использовали элероны — способ, похожий на описанный в патенте и демонстрируемый братьями Райт в их показательных полётах в 1908 году. Американские суды решили, что элероны также подпадают под формулировки патента, но европейские решения суда были менее категоричными. Патент также описывает управляемый хвостовой вертикальный руль и его инновационное использование в комбинации с перекашиванием крыла, позволяющее самолёту делать скоординированный поворот, технику, которая препятствует неблагоприятному рысканию, обусловившему риск переворота планёра 1901 года при полётах Уилбура. Кроме того, патент описывает передний руль высоты, используемый для подъёма и снижения.
Этот день в истории: 17 декабря 1903 года — полет первого в мире самолета
17 декабря 1903 года на песчаной косе Китти-Хок у атлантического побережья США, близ местечка Килл-Девил-Хилл (штат Северная Каролина), изобретатели братья Райт впервые провели успешное испытание летательного аппарата с двигателем. Этот первый самолет открыл человечеству путь в эру авиации.
Еще в августе 1896 года молодые американские велосипедные механики и пионеры авиации братья Уилбер и Орвилл Райт узнали о гибели немецкого изобретателя Отто Лилиенталя, который разбился во время полета на своем планере. Как ни странно, но именно это известие укрепило их в мысли уйти в дальнейшем от полетов на планерах и создать летательный аппарат тяжелее воздуха, снабженный двигателем и системой управления. То есть самолет.
После нескольких лет экспериментов и успешных полетных испытаний все тех же планеров, братья Райт вплотную приблизились к осуществлению своего замысла. В 1903 году инженеры построили первый в мире самолет — оснащённый двигателем аппарат «Флайер-1», материалом которому послужил уже традиционный для братьев Райт конструкционный материал — ель, крепкое и лёгкое дерево.
Они также разработали и изготовили деревянные пропеллеры, а также бензиновый 12-сильный двигатель, изготовленный тут же в их собственном магазине велосипедов. Они полагали, что модель пропеллера будет простым вопросом и планировали использовать расчёты для корабельных винтов. Однако их библиотечные исследования не привели к нахождению каких-либо базовых формул для морских или воздушных винтов, и они оказались без отправной точки в этом вопросе. Они обсуждали и долго спорили по этому поводу, пока не пришли к выводу, что пропеллер — по сути то же крыло, только вращающееся в вертикальной плоскости.
На этом основании они для проектирования пропеллеров воспользовались данными большего количества испытаний в аэродинамической трубе. В окончательном варианте диаметр пропеллера составил 2,6 м, лопасти были сделаны из трёх склеенных кусков ели. Братья Райт выбрали двойной «толкающий» пропеллер (противовращающийся, чтобы гасить вращающий момент), который должен действовать на больший объём воздуха, чем одинарный относительно медленный пропеллер, и не будет влиять на поток воздуха по передней кромке крыльев.
Цепь цепной передачи напоминала аналогичную велосипедную, однако она была произведена предприятием, производящим сверхпрочные цепи для автомобильных двигателей. «Флайер-1» имел размах крыла 12 м, весил 283 кг, и был оснащён двигателем мощностью 9 КВт и весом 77 кг.
Стоимость постройки «Флайера-1» составила менее тысячи долларов. Что не шло ни в какое сравнение с теми 50 000 долларов, которые получил от армии США основной конкурент братьев — изобретатель Сэмюэлом Лэнгли на строительство своего экспериментального самолета с громким названием «Аэродром».
Летные испытания «Флайера-1» все время откладывались из-за постоянных поломок пропеллера во время испытаний двигателя. К концу года это удалось преодолеть и старший из братьев Райт — Уилбур выиграл в орлянку право взлетать первым. Он совершил свою попытку 14 декабря 1903 года, однако самолёт упал сразу после взлёта. «Флайер-1» при этом незначительно пострадал. В письме к семье Уилбур писал, что испытание принесло «только частичный успех», констатируя, что «мощности вполне достаточно и если бы не пустяковая ошибка и не недостаток опыта с этой машиной и этим методом старта, машина несомненно полетела бы красиво».
17 декабря 1903 года стало днем рождения моторной авиации. В этот день после ремонта своего аппарата братья Райт наконец поднялись в воздух, совершив два полёта, каждый от уровня земли при встречном ветре скоростью 43 км/час. Первый полёт совершил Орвилл, он пролетел 36.5 метров за 12 секунд, этот полёт был зарегистрирован на известной фотографии. Следующие два полёта были длиной около 52 и 60 метров, совершённые Уилбуром и Орвиллом соответственно. Высота полетов составляла около 3 метров над уровнем земли.
После того, как братья отбуксировали «Флайер» обратно после его четвёртого рейса, мощный порыв ветра перевернул его несколько раз, несмотря на попытки предотвратить это. Сильно повреждённый самолёт больше не поднимался в воздух. Братья отправили его домой, но годы спустя Орвилл восстановил самолет, передавая его для показа в США, а затем и Британскому музею, пока он не был установлен в Смитсоновском институте в Вашингтоне (округ Колумбия) в 1948 году.