100-ЛЕТИЕ МИРОВОЙ АВИАЦИИ

17 декабря 1903 года состоялся первый полет самолета братьев Уилбура и Орвилла Райт, длившийся всего 12 секунд, но оказавшийся важной вехой на пути создания летательных аппаратов тяжелее воздуха.

Александр Максимов, с.н.с. ИТПМ СО РАН

Пытливый ум человека в течение нескольких столетий шаг за шагом упорно стремился решить проблему свободного полета человека в воздушном пространстве. Первые попытки смельчаков были связаны с имитацией полета птиц, и о них известно множество преданий, легенд и письменных свидетельств в исторических хрониках. Еще в первом веке новой эры древнеримский поэт Овидий Назон описал фантастический полет Дедала и его сына Икара с острова Крит с помощью крыльев, сделанных из перьев, а в XV в. гениальный флорентийский изобретатель Леонардо да Винчи разработал первые проекты весьма совершенных машущих крыльев. Хотя в конце XVII в. Д. Борелли и Р. Гук дали научное обоснование невозможности подъема человека в воздух при помощи мускульной силы, развитие науки и техники позволило создать в конце ХХ в. мускулолет «Дедал-88» с размахом крыльев 34 м и массой всего 32 кг. На этом изящном самолетике 23 апреля 1988 года греческий велогонщик К. Канелопулос успешно перелетел с о. Крит на о. Санторин за 3 часа 54 мин, преодолев на высоте около 10 м расстояние 119 км.

Идею об использовании неподвижного крыла в сочетании с воздушными винтами первым выдвинул в конце XVII в. голландский ученый-механик Х. Гюйгенс. Теперь можно было приступить к созданию настоящего самолета, но 21 ноября 1783 г. состоялся полет французов П. де Розье и Ф. д’Арланда на воздушном шаре братьев Жозефа и Этьена Монгольфье. После этого ошеломительного полета у многих резко снизился интерес к созданию летательных аппаратов тяжелее воздуха. Господство аэростатов, полностью зависимых от воли ветров, а затем дирижаблей, оснащенных воздушными винтами и надежно управляемых в полете, продолжалось более ста лет. Даже после появления самолетов дирижабли еще долго оставались в строю. В 1914-1918 гг. они широко применялись на фронтах первой мировой войны в качестве ночных бомбардировщиков, а после войны в течение ряда лет успешно совершали грузопассажирские рейсы по трансатлантическим и другим дальним маршрутам. Эпоха бурного развития гигантских дирижаблей завершилась в конце 30-х гг. прошлого века после нескольких подряд катастроф, приведших к многочисленным жертвам.

В конце XVIII в. работы над созданием самолетов сильно замедлились, но все же полностью не остановились. В период 1830-1890 гг. было выдвинуто более 50 проектов, но почти все они не были реализованы. В те же годы появились первые проекты вертолетов и автожиров ( гибрида самолета с вертолетом, а для получения опытных данных и отработки конструкций широко стали применяться различные летающие модели. В России первые проекты самолетов были разработаны во второй половине XIX в. Артиллерийский офицер Н. А. Телешов запатентовал проект своего многоместного пассажирского самолета с паровым двигателем в 1864 г. Тернистый путь французского изобретателя Ф. дю Тампля почти один к одному повторил спустя десять лет после него А. Ф. Можайский. В 1881 г. он привез из Англии облегченные паровые двигатели мощностью в 10 и 20 л.с. и приступил к строительству самолета. В 1883 г. вблизи Красного Села начались его наземные испытания и пробежки, однако из-за недостаточной мощности двигателей громоздкий самолет массой более тонны так и не сумел подняться в воздух.

Историки авиации считают, что самолет впервые оторвался от земли за счет мощности своего двигателя 9 октября 1890 г. «Эол» француза Клемана Адера, напоминавший по внешним очертаниям летучую мышь, по словам самого конструктора, в одном из испытаний сумел пролететь около 50 м. Более поздние попытки создания самолетов Х. Максимом (Англия) в 1894 г., В. Крессом (Австро-Венгрия) и Г. Уайтхедом (США) в 1901 г., Е. С. Федоровым (Россия), Л. Левавассером (Франция), К. Ято (Германия) и С. Ленгли (США) в 1903 г. также оказались малоутешительными либо из-за большой удельной массы их двигателей, либо из-за малой прочности и статической неустойчивости аппаратов в воздухе.

Реальный самолет появился лишь тогда, когда за его создание взялись конструкторы, знакомые с планеризмом и имевшие опыт планирующих полетов. К концу XIX в. наибольших успехов достиг Отто Лилиенталь. Уже к 1893 г. он сумел спланировать на расстояние до 250 м. До своей трагической гибели 9 августа 1896 г. Лилиенталь успел совершить более 2000 полетов. В 1896 г. американцы О. Шанют и А. Херринг построили лучший балансирный планер своего времени. Их планер-биплан с размахом крыльев 4,9 м весил всего 10,4 кг и был почти вдвое легче стандартного планера Лилиенталя.

Американские изобретатели Уилбур и Орвилл Райты начали свои работы с усовершенствования планера Шанюта-Херринга. Вместо балансирного управления они применили аэродинамическое управление с помощью руля высоты, расположенного перед коробкой крыльев, и изменения кривизны (крутки) концевых сечений крыльев. Для снижения сопротивления пилот располагался на нижнем крыле в лежачем положении. Летные испытания начались осенью 1900 г. в местечке Китти-Хоук на побережье Атлантического океана. Спустя год на усовершенствованном планере Райты выполнили около 1000 полетов, а в 1903 г. осуществили рекордный полет длительностью 70 секунд. Уже в 1902 г. у братьев зародилась идея создания самолета с бензиновым двигателем. На новом планере они установили двигатель мощностью 12 л.с. и превратили его в самолет «Флайер», который имел массу 340 кг, длину 6,4 м и размах крыльев 12,3 м.

Самолет «Флайер» братьев Райт

14 декабря 1903 г. первое испытание «Флайера» завершилось аварией, но 17 декабря удалось осуществить четыре полета, при этом длительность последнего из них достигла 59 секунд. Перед пятым полетом сильный порыв ветра опрокинул самолет и сломал крыло. В следующем году Райты построили другой самолет и вскоре научились летать по кругу, а после создания «Флайера-3» и освоения виражей без скольжения У. Райт 5 октября 1905 г. сумел продержаться в воздухе целых 38 мин.

Большим стимулом для развития авиации послужили крупные денежные призы, учрежденные в 1904 г. Французским аэроклубом. 23 октября 1906 г. А. Сантосу-Дюмону впервые в Европе удалось пролететь 60 м и выиграть приз Аршдекона за полет на дальность более 25 м. Уже 21 ноября, преодолев 220 м, он выиграл следующий приз за дальность полета свыше 100 м. В отличие от полузасекреченных полетов братьев Райт, эти достижения вызвали мощную волну энтузиазма среди пионеров авиации и значительно ускорили работы над созданием пригодных для эксплуатации самолетов.

14 мая 1908 г. на самолете «Райт А» впервые был выполнен полет с пассажиром. Спустя всего две недели А. Фарман повторил аналогичный полет в Европе, а 25 июля 1909 г. Л. Блерио на своем самолете «Блерио-XI» впервые перелетел из Франции в Англию через пролив Ла-Манш. С этого года началось серийное производство самолетов, а братья Анри и Морис Фарман открыли под Парижем первую школу по подготовке пилотов. В России первый успешный полет был совершен 4 июня (23 мая по старому стилю) 1910 г. на самолете выпускника Киевского политехнического института А. С. Кудашева. На следующий день поднял в воздух свою машину инженер Я. М. Гаккель, а 16 июня — молодой киевский авиаконструктор И. И. Сикорский.

В период 1910-1914 гг. началось постепенное внедрение научных методов проектирования самолетов. Первые теоретические исследования в области аэродинамики крыла были выполнены в начале ХХ в. Н. Е. Жуковским и С.А. Чаплыгиным в России, В. Кутта в Италии, Ф. Ланчестером в Англии, Л. Прандтлем в Германии и некоторыми другими исследователями. В 1904 г. Л. Прандтль изложил теорию пограничного слоя, в 1906 г. Н. Е. Жуковский опубликовал общую теорию подъемной силы крыла (теорему Жуковского), а С.А. Чаплыгин и Г. Блазиус (Германия) независимо друг от друга в 1910 г. вывели формулы для определения силы и момента, действующих на крыло.

В 1911 г. Италия впервые применила самолеты в военных действиях против Турции. С этого момента развитие авиации в значительной степени стало подчиняться требованиям ее боевого использования. Очень скоро, уже в годы первой мировой войны, появились почти все типы военных самолетов: разведчики, бомбардировщики, истребители, штурмовики, а также отдельные виды палубной (корабельной) авиации. Из-за лучшей маневренности и большей грузоподъемности в течение более двух десятилетий, вплоть до середины 30-х годов, в воздухе доминировали бипланы, достойно конкурируя с более перспективными монопланами.

Многомоторные бипланы И. И. Сикорского «Гранд» и «Илья Муромец», имевшие закрытые кабины для пилотов и пассажиров, заложили основы развития тяжелой авиации. Строительство «Гранда» началось на Русско-Балтийском вагонном заводе в 1912 г. и завершилось в марте следующего года. Модернизированный «Гранд» с четырьмя тянущими винтами, получивший название «Русский витязь», поднялся в воздух 5 августа (23 июля), а уже 23 (11) декабря 1913 г. совершил первый полет более крупный самолет «Илья Муромец» с взлетной массой 5100 кг и скоростью полета до 120 км/ч. «Муромцы» принимали участие в первой мировой войне в составе «Эскадры воздушных кораблей» и выполнили более 400 боевых вылетов. Они дали толчок для создания тяжелых бомбардировщиков в других странах («Хэндли Пейдж НР-0/400» в Англии, «Гота G-5» в Германии и т.д.).

Первая мировая война продемонстрировала огромную роль авиации как в оборонительных, так и наступательных операциях. Всего за 1914-1918 гг. было построено около 200 тысяч самолетов, включая 2500 гидросамолетов.

Между двумя мировыми войнами произошел первый качественный скачок в развитии авиации. Скорости многих серийных боевых самолетов достигли 500-600 км/ч. К началу Великой отечественной войны в СССР были созданы истребители Як-1, ЛАГГ-3 и МиГ-1, штурмовики Ил-2 и пикирующие бомбардировщики Пе-2, не уступавшие немецким самолетам. Бронированный штурмовик Ил-2 поднимал 400 кг бомб, развивал скорость до 400 км/ч и стал самым массовым самолетом второй мировой войны. Всего в различных модификациях было выпущено 36163 Ил-2. Больше были изготовлены только однотипные истребители А. С. Яковлева (Як-1 — 8721 экземпляров, Як-3 - 4848, Як-7 — 6399 и Як-9 — 16769). Чуть меньше истребителей Ме-109 (около 33000) выпустила авиапромышленность Германии, а английских истребителей «Спитфайр» было изготовлено 20351 штук. Только в СССР за годы войны было выпущено 136800 самолетов, а в США — 297000.

Значительным достижением тяжелого самолетостроения стало создание в 1935 г. в США четырехмоторного бомбардировщика фирмы «Боинг» В-17 Flying Fortress, развивавшего скорость до 431 км/ч и имевшего дальность полета 4020 км. Всего было выпущено 12726 самолетов В-17. Дальнейшим развитием этого самолета стал знаменитый В-29 Superfortress, который после войны послужил основой для создания советского тяжелого бомбардировщика Ту-4. В Англии с 1942 г. массово выпускались бомбардировщики Авро «Ланкастер» Mk.1 и Хендли Пейдж «Галифакс».

Развитие военной поршневой авиации завершилось созданием в 1947-1950 гг. стратегических бомбардировщиков Боинг В-50, Конвэр В-36 в США и Ту-85 в СССР. Шестидвигательный носитель ядерного оружия В-36 с взлетной массой 186 т и дальностью полета более 8000 км был снабжен толкающими винтами и поднимал до 32,7 т бомб. Из-за стремительного развития реактивной авиации Ту-85 не был запущен в серийное производство.

Быстрый рост потребной мощности привел к необходимости использования более мощных и эффективных газотурбинных двигателей, позволивших осуществить очередной скачок в развитии всех типов военных и гражданских самолетов, а затем и вертолетов. Турбореактивные двигатели (ТРД) и ТРД с дожиганием топлива в форсажной камере (ТРДФ) позволили довольно быстро решить проблему преодоления «звукового барьера» (числа Маха М = 1), а затем достичь скоростей более 3000 км/ч и высот полета до 30 км.

Первый реактивный самолет Хейнкеля Не-178 поднялся в воздух 27 августа 1939 г., а истребитель Ме-262, изготовленный до конца войны в 1400 экземплярах, совершил первый полет 8 июля 1942 г. Советские реактивные самолеты МиГ-9, Як-15, Ла-150, Су-9, Ту-12, Ту-14 и Ил-22 были созданы в 1946-1947 гг. и развивали скорость 700-900 км/ч. Большим достижением советских авиаконструкторов стала разработка истребителя МиГ-15 и фронтового бомбардировщика Ил-28. Они были приняты на вооружение в 1949 г. и вскоре превратились в самые распространенные боевые самолеты СССР и других стран социалистического лагеря.

В горизонтальном полете сверхзвуковая скорость впервые была достигнута американским летчиком-испытателем Ч. Игером 14 октября 1947 г. на ракетном самолете Bell Х-1 (1260 км/ч или М = 1,05). В СССР большой вклад в решение проблемы «звукового барьера» внесли академики С. А. Христианович, В. В. Струминский (позже, в конце 50-х — в 60-х годах, возглавлявшие ИТПМ СО РАН) и другие ученые ЦАГИ. Экспериментальный самолет Ла-176 со стреловидным крылом впервые превысил скорость звука 26 декабря 1948 г. Реальным сверхзвуковым советским истребителем, развивавшим скорость до 1450 км/ч, стал МиГ-19, созданный в ОКБ А. И. Микояна в 1952 г. Настоящую славу этому ОКБ принес МиГ-21, совершивший первый полет 16 июня 1956 г. МиГ-21Ф-13 был самым легким истребителем в мире, развивавшим скорость до 2125 км/ч. МиГи успешно применялись в боевых действиях во Вьетнаме, на Ближнем Востоке и в других региональных конфликтах. Только в СССР было выпущено 10158 самолетов МиГ-21, из них 4700 — для экспорта.

Наиболее известным сверхзвуковым истребителем-бомбардировщиком США стал F-4 «Фантом» фирмы «Макдоннелл», прототип которого совершил первый полет 27 мая 1958 г. В различных вариантах было изготовлено более 5300 «Фантомов».

В 1952 г. в США появился самый совершенный восьмидвигательный дозвуковой стратегический бомбардировщик Boeing В-52 Stratofortress с взлетной массой до 229 т и дальностью полета 16000 км. За 1952-1962 гг. было изготовлено 744 В-52, которые до сих пор широко используются для массированных ударов в локальных войнах и будут находиться на вооружении до 2040 г. В противовес ему в ОКБ А. Н. Туполева был создан четырехдвигательный турбовинтовой Ту-95, также до сих пор находящийся на вооружении стратегической авиации России.

Увеличение скоростей полета свыше 2000 км/ч привело к проблеме «теплового барьера», когда обычные алюминиевые сплавы не выдерживают повышения температуры поверхности. В связи с этим авиаконструкторам пришлось перейти на жаропрочные титановые и никелевые сплавы. Самыми скоростными серийными самолетами, изготовленными из титана и нержавеющей стали, которые развивают скорость до М «3, стали высотный перехватчик Lockheed YF-12A (1962 г.), вскоре переделанный в разведчик SR-71 Black Bird (1964), и советские истребители-перехватчики МиГ-25 (1964) и МиГ-31 (1975).

В настоящее время из-за высокой стоимости бортового оборудования производство каждого серийного истребителя-бомбардировщика обходится не менее 30-40 млн. долларов, а стоимость многорежимных сверхзвуковых стратегических бомбардировщиков с изменяемой геометрией крыла В-1В Lancer (1974) и Ту-160 (1981) еще лет 10-20 назад перевалила за 100-200 миллионов. Из-за высокой стоимости производства и больших эксплуатационных расходов В-1В, Ту-160 и дозвуковые «невидимки» В-2А были изготовлены всего в 100, чуть более 30 и 21 экземплярах соответственно. Хотя серийные В-1В появились всего 20 лет назад, уже к октябрю этого года США сократили их на 33 единицы и оставили в строю только 60 самолетов.

В свое время этапным пассажирским самолетом оказался поршневой DC-3, созданный фирмой «Дуглас» в 1935 г. и рассчитанный на перевозку 14-21 пассажиров. Сразу же после войны были разработаны первые реактивные лайнеры большой пассажировместимости. Английский DH-106 Comet фирмы «Де Хэвилленд» совершил полет уже 27 июля 1949 г. и через три года вышел на регулярные маршруты. Как и в СССР, первый реактивный пассажирский самолет США был создан на базе военного самолета фирмы «Боинг». Ту-104, разработанный на базе бомбардировщика Ту-16, поднялся в воздух 17 июля 1955 г., а четырехдвигательный Боинг-707 — в декабре 1957 г. Серийные Ту-104Б перевозили 100 пассажиров на дальность до 3000 км, а Боинги-707 могли преодолевать свыше 10000 км, разместив на своем борту 120 пассажиров.

В послевоенное время бурными темпами развивалась и военно-транспортная авиация, предназначенная для перевозки крупногабаритных тяжелых грузов и десантирования аэромобильных дивизий. Широкое распространение получили турбовинтовые самолеты С-130 Hercules фирмы «Локхид» и Ан-12 О.К. Антонова, созданные в 1954 и 1957 гг. соответственно. В 1963 г. «Локхид» выпустил первый реактивный стратегический военно-транспортный самолет С-141 Starlifter, способный доставить 31,75 т груза на дальность 6700 км. Уже 30 июня 1968 г. совершил полет Lockheed С-5А Galaxy, рассчитанный на перевозку 77 т на расстояние 5740 км. Недавно им на смену стали поступать современные С-17 Globemaster фирмы «Боинг». Широко известный Ил-76 конструкции С. В. Ильюшина, подобный американскому С-141, появился в СССР в 1971 г.

Огромных успехов добилось киевское ОКБ О. К. Антонова, за короткое время создавшее турбовинтовые транспортные самолеты Ан-8 (1956 г.), Ан-12 (1957) и Ан-22 «Антей» (1965). В 1982 г. поднялся в воздух один из крупнейших транспортных самолетов мира Ан-124 «Руслан», рассчитанный на перевозку крупногабаритных грузов общей массой до 150 т. Вершиной творчества ОКБ О. К. Антонова стала разработка шестидвигательного гиганта Ан-225 «Мрiя» («Мечта»), совершившего первый полет 21 декабря 1988 г. При взлетной массе 600 т он мог преодолеть 4500 км с грузом в 200 т и предназначался для доставки полностью собранного воздушно-космического самолета «Буран» на космодром Байконур.

В настоящее время на рынке производства магистральных пассажирских лайнеров полностью доминируют американская фирма «Боинг» (самолеты Боинг-717, -737, -747, -757, -767, -777) и западноевропейский консорциум Airbus Industry, выпустивший с 1972 г. более 3000 самолетов типа А-300, А-310, А-319, А-320, А-321, А-330 и А-340. В 2001 г. «Боинг» поставил заказчикам 527 пассажирских самолетов, а Airbus — 325; в 2002 г. — 381 и 303 соответственно. Резкий спад производства после 2001 г. произошел вследствие трагедии, случившейся в США 11 сентября, когда воздушные террористы направили захваченные ими пассажирские лайнеры в здания Всемирного торгового центра в Нью-Йорке и Пентагона в Вашингтоне.

Данный краткий обзор, куда не попали многие славные эпизоды и не были упомянуты даже выдающиеся творения конструкторов, как рекордные самолеты АНТ-25 (РД) А. Н. Туполева, «Вояджер» Б. Рутана и многие другие, показывает, что всего за 100 лет авиация действительно прошла гигантский путь развития от первых, совсем еще неуклюжих, тихоходов до изящных современных сверхзвуковых гигантов. Она тесно связала все континенты и существенно повлияла почти на все сферы жизнедеятельности человечества. Именно поэтому в честь векового юбилея 17 декабря в США точная копия «Флайера» братьев Райт повторит полет своего «прадеда» и еще раз напомнит всем нам о славных и героических делах, свершенных людьми на пути покорения шестого океана.

(Полная версия статьи публикуется
в журнале «Теплофизика и аэромеханика»
№ 4 за 2003 г.)

стр. 12