Автор: Скрипникова Екатерина Александровна

Возраст: 15 лет

Место учёбы: МБОУ "Гимназия №47"

Город, регион: г. Курган, Курганская область

Руководитель: Пономарёва Елена Владимировна

Место работы руководителя: МБОУ "Гимназия №47"

Историко-исследовательская работа "Как зарождалась идея полёта человека?"                                               

План:
I) Введение;
II) Основная часть;
1) Зарождение идеи полёта и способы её реализации;
1.1 Обращаясь к мифам и легендам о полёте человека;
1.2 Первые экспериментаторы-изобретатели;
1.3 На заре создания первых летательных аппаратов;
2) Начало эры самолётов;
III) Заключение;
IV) Источники информации.

Введение:
«Через тернии к звёздам!»
Сперва, стоило бы отметить, что идея полёта преследовала человека на самой заре цивилизации. Когда человек мечтал парить в небе, как птица. И сложный путь достижения этой заветной цели отражает латинское выражение, представленное в эпиграфе. А действительно ли этот путь был так сложен и каким образом он происходил? Возможно, многие гениальные умы трудились не покладая рук, дабы воплотить в жизнь возможность полёта человека в небо. Именно это я и попытаюсь выяснить в ходе своей работы.

Основная часть:
Я выбрала данную тему, так как проявляю большой интерес к зарождению идеи полёта человека и считаю её достаточно актуальной и по сей день. Итак, приступим непосредственно к исследованию и рассмотрим все грани заданной темы.

1) Зарождение идеи полёта и способы её реализации.
1.1 Обращаясь к мифам и легендам о полёте человека.
Существует абсолютное множество мифов и легенд о полетах. Одним из них является миф об Икаре и Дедале. Он повествует о двух греках, которые сделали крылья из перьев и воска, чтобы бежать с острова Крит. В итоге, Икар поднялся слишком высоко, воск в его крыльях растаял на солнце, он упал и разбился. Дедал же летел ниже и приземлился на Сицилии. Это является мифом, но идея подражания полёту птиц овладела многими.
 
Падающий Икар и летящий Дедал.
Другая же легенда о британском короле Бладуде, повествует о том, что король, с детства мечтающий о полёте, соорудил крылья, по типу птичьих. Он изготовил их из прутьев, ремней и перьев. Поднявшись на высокую дворцовую башню, он спрыгнул и начал махать крыльями. Однако, его новаторство не принесло ожидаемых результатов и его эксперимент увенчался трагично – король погиб.
 
Король Бладуд.
В XIв. английский монах Эйлмер из Малмесбюри поставил эксперимент с башни аббатства. Всё же ему удалось пролететь несколько метров, поле чего он упал на землю, переломал себе обе ноги, но все-таки остался в живых.

Витраж из цветного стекла, изображающий Эйлмера, установлен в Малсберийском Аббатстве.
Попытки имитировать полет птицы потерпели полную неудачу по нескольким причинам. Главная из них заключается в том, что у птиц очень большое отношение мощности к весу. То есть птицы имеют очень большую мускульную силу относительно своей величины, они поднимают очень малый вес. По сравнению с птицами, мускулы наших рук и плеч очень слабые, а тело и кости - твердые и тяжелые. Отсюда следует, что полет человека с машущими крыльями просто невозможен.
Но, ни смерть короля Бладуда, ни неудачных опыт монаха Эйлмера не остановили неугомонных экспериментаторов, а наоборот ещё более популяризировали идею о полноценном полёте человека.
1.2 Первые экспериментаторы-изобретатели.
Леонардо да Винчи родился в середине XV века. Он являлся ярким примером «универсального человека». За свою жизнь он преуспел в живописи, скульптуре, музыке, математике, анатомии, естествознании, технике и архитектуре. Он был автором многих изобретений и проектов.
Леонардо да Винчи был убежден, что “человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух”. Уверенный в своей правоте, Леонардо придумал аппарат, который позволил бы человеку парить в воздухе, как птица, размахивая большими механическими крыльями, приводимыми в движение только силой мышц.
Чтобы сконструировать крылья орнитоптера, Леонардо детально изучал анатомию птичьего крыла. Наблюдая за полетом птицы, ученый заметил, что она машет крыльями всегда по-разному: зависая в воздухе, перелетая с места на место или приземляясь. Тщательное изучение механизма полета птиц натолкнуло Леонардо да Винчи на верную мысль о том, что основная тяга создается концевыми частями крыла.
 

Чертежи проекта «Орнитоптер».
Леонардо да Винчи до малейших подробностей проработал несколько проектов (1485-1497 гг.) различных типов орнитоптеров: в лежачем положением летчика, орнитоптер-лодку, с вертикальным расположением летчика и др. При разработке этих летательных аппаратов, ученый выдвинул ряд замечательных конструктивных идей, которые используются сейчас в современном самолетостроении: фюзеляж в виде лодки, поворотное хвостовое оперение, убирающееся шасси.
Желая увеличить мощность взмахов крыльев, Леонардо да Винчи считал, что наряду с силой рук, необходимо использовать и силу ног человека. В его разработках был еще проект орнитоптера, в качестве источника энергии которого применялся натянутый лук.
Интересно, что идею создания орнитоптера Леонарду да Винчи подкинула обыкновенная стрекоза.

Изображение орнитоптера.
Лоренсо де Гусмао являлся бразильским и португальским священником и учёным, священнослужителем и естествоиспытателем, одним из пионеров конструирования летательных аппаратов легче воздуха.
Он изобрёл воздухоплавательный аппарат в 1700-х годах, который летает при сжигании горючих материалов. Гусмао предлагал полёты на высоте, на воздухоплавательных аппаратах в виде лодки, покрытых тентом подобно транспортному вагону (аналог паруса). Аппарат, по мысли Гусмао, должен был быть снабжён трубками, через которые при отсутствии ветра, подавался бы воздух в парус посредством мехов, тем самым поддерживая его в воздухе. Судно приводилось в движение магнитами, встроенными в два полых металлических шара.

Проект воздушного корабля Passarola, разработанный Гусмао.
Франческо Лана де Терци, монах иезуитского ордена, создал концепт «летающей барки» в 1670 году. Лана описывает вполне обычное судно с одним прямым парусом. Поддерживать его на лету были призваны четыре тонкостенные сферы, из которых выкачан воздух. В качестве материала для сфер монах предполагал использовать медную фольгу. Лана совершил немало ошибок при расчете своего судна (в том числе он не учитывал наружное давление, которое было должно смять сферы по мере выкачивания воздуха), вдобавок его подвела недостаточная теоретическая подготовка. Это судно называлось «Вакуумный дирижабль». Кроме того, монах не собирался строить свое судно «в дереве»: он искренне считал, что Бог не позволит человеку создавать воздушные корабли, чтобы использовать их для разрушения.
 
Вакуумный дирижабль.
И вот уже мы прослеживаем все качества первых изобретателей: невероятное упорство, стремление к достижению заветной цели, методом проб и ошибок.
1.3 На заре создания первых летательных аппаратов.
Первые полеты человека были выполнены на шарах, наполненных нагретым воздухом. В XVIII в. Этьен и Жозеф Монгольфье экспериментировали с бумажными мешками, наполняемыми дымом. Они считали, что поднимающийся дым является подъемной силой. В 1783 г. им удалось поднять в воздух овцу, утку и петушка, которые стали первыми животными - авиаторами. 21 ноября маркиз де Арландес и Жан Пилатр де Розье поднялись на борт воздушного шара монгольфьера. Это первый в истории полет человека продолжался 25 мин. Они поднялись в воздух на высоту 152 м. Вскоре было выяснено, что подъемной силой в воздушных шарах был не столько дым, сколько горячий воздух. Рассуждая, что легкий газ может плавать в воздухе, как лодка в воде, экспериментаторы стали наполнять баллоны газом легче воздуха, такими как водород. В 1783 г. первый водородный воздушный шар оторвался от земли. В подвешенной к нему корзине находился изобретатель этого шара Жак-Цезарь Шарль и его помощник. Они совершили благополучное путешествие на расстояние около 40 км от точки старта в Париже. 1800-е гг. увидели рассвет полета человека, каким мы его знаем теперь. Полеты на воздушных шарах хоть и были довольно успешны, однако имели один большой недостаток - направление им задавал ветер.

Монгольфьер Жозефа и Этьена Монгольфье.

Воздушный шар, на котором отправлялся в полет Розье, на рисунке XVIII в.
В 1647 г. первая модель аэроплана с мотором совершила полет. Ее разработчиком являлся итальянец Титус Ливио Бураттини, живший в то время при дворе польского короля Владислава IV. Этот летательный аппарат имел четыре пары крыльев, расположенных вдоль фюзеляжа и хвостовое оперение. Две средние пары были неподвижны, движение же по принципу орнитоптера осуществлялось за счет пружин, установленных на передней и задней парах крыльев.
 
Титус Ливио Бураттини, изобретатель первой модели аэроплана с мотором.
В конце XVIII в. многие изобретатели вновь обратились к идее создания летательного аппарата тяжелее воздуха с неподвижным крылом. Одним из них являлся Д. Кейли. В его проекте, который назывался «Управляемый парашют» фигурировали основные элементы самолета — неподвижное крыло, фюзеляж, хвостовое оперение, колесное шасси. Но как и его предыдущие проекты, данный летательный аппарат обладал отсутствием двигателя и плохими несущими свойствами крыла. Кейли называют родоначальником научного этапа в развитии самолетостроения.
 
Схема «Управляемого парашюта».
Первым среди известных проектов самолетов с двигателем являлся летательный аппарат Ф. Маттиса, созданный в 1835 г. Он оснащен плоским ромбовидным крылом, которое поддерживалось лонжероном переменного сечения и расчалками. В центре крыла располагалась паровая машина, а впереди имелась кабина для летчика и пассажира. При помощи рулей высоты и направления осуществлялось управление аппаратом, для взлета и посадки предназначалось колесное шасси.
 
Схема самолёта Ф. Маттиса.
У. Хенсон в 1842 г. предложил проект винтомоторного самолёта с паровым двигателем. Аппарат, представлял собой моноплан с крылом, расположенным сверху, и двумя толкающими винтами. Под крылом имелся закрытый фюзеляж, в котором размещались паровая машина, топливо, экипаж и грузы. Сзади предусматривались вертикальный и горизонтальный рули. Самолет должен был быть оснащаться колесным шасси. Взлет должен был происходить после разбега вниз по наклонной плоскости.

Проект винтомоторного самолёта с паровым двигателем У. Хенсона.

Разработка парового самолёта была начата в 1880г. Хайрем Стивенсом Максимом по заказу британского правительства. Самолёт разгонялся по рельсам в ангаре, построенном для этого в 1891 г. в графстве Кент, Великобритания. Данный летательный аппарат превосходил все существующие на рубеже XIX-XXвв. проекты, так как для своего времени самолёт обладал колоссальными размерами и паровыми двигателями с невероятной мощностью.

Паровой самолёт Хайрем Максима.
В результате, появились проекты аппаратов, в которых наряду с машущим крылом должна была применяться неподвижная горизонтальная поверхность. Мысль о создании таких конструкций стала первым шагом в развитии идеи самолета.
2) Начало эры самолётов.
Братья Уилбер и Орвилл Райт 17 декабря 1903 года осуществили первый полет на аэроплане собственной конструкции под названием «Флайер-1». Это был собственно не полет, а подлет. Аппарат тяжелее воздуха, под управлением Орвилла Райта поднялся на высоту примерно 1.5 метра и пролетел 36,5 метров за 12 секунд.

Первый полет Флайера-1. 17 декабря 1903 года. Пилот - Орвилл, Уилбур на земле.
Причем взлетал он при достаточно сильном встречном ветре, скользя по специальному направляющему рельсу и ускоряясь при этом примитивной катапультой. Двигатель у самолета был внутреннего сгорания собственной конструкции братьев Райт. В дальнейшем, братья проводили серьезные доработки и исследования. Появились «Флайер-2» и «Флайер-3» и уже 5 октября 1905 года состоялся самый длинный полет на расстояние 39,4 км за 38 минут и 3 секунды. Этот аэроплан, конечно, совсем не соответствовал нашим современным понятиям о самолете. На первом Флайере, например, пилот управлял полетом лежа на крыле.
Аэроплан до конца своей истории так и не обзавелся шасси и взлетал при помощи катапульты. Но в целом это был хоть и примитивный, но настоящий самолет, оснащенный двигателем, летающий по законам аэродинамики, управляемый в полете. Этим братья Райт не много ни мало заложили основу развития современной авиации. Но, несмотря на все эти заслуги, все же не они построили первый в мире самолет.
На самом деле, первый в мире самолет был построен и поднялся в воздух на 20 лет раньше Флайера братьев Райт. Это был всем известный сейчас самолет Можайского. Александр Федорович Можайский, российский морской офицер, впоследствии контр-адмирал, долгие годы занимался аэродинамическими исследованиями, результатом которых стал построенный в 1882 году «воздухоплавательный снаряд». Так было написано в патенте на него в 1881 году. К тому же, патент на самолет также был первым в мире. Братья Райт запатентовали свой аппарат только в 1905 году. Можайский создал настоящий самолет со всеми полагающимися ему частями: фюзеляжем, крылом, силовой установкой из двух паровых машин и трех воздушных винтов, шасси, хвостовым оперением. Он был гораздо более похож на современный самолет с классической компоновочной схемой, чем аэроплан братьев Райт.

Взлет самолета Можайского (с рисунка известного летчика К. Арцеулова).
Однако, есть еще и третий претендент на изобретение первого в мире самолета. Это бразилец Альберто Сантос-Дюмонт. Это был воздухоплаватель с большим теоретическим и практическим опытом, много занимавшийся вопросом управления воздушными шарами и дирижаблями. Хорошо понимая будущее аппаратов тяжелее воздуха, он стал заниматься и ими тоже. Самым главным его достижением был полет на аппарате собственной конструкции под названием «14-bis» 23 октября 1906 года на летном поле Аэроклуба Франции в Багатель. Это был первый полет в Европе на аэроплане с двигателем. Он выполнялся при большом количестве свидетелей (в том числе и официальных) и был хорошо задокументирован. Но самое главное то, что 14-bis летал уже как настоящий самолет, без каких-либо специальных внешних приспособлений. Этот необычный, на первый взгляд, коробчатый аппарат, с помощью только тяги собственного двигателя, в безветренную погоду, на собственном несъемном шасси самостоятельно взлетел и, пролетев на высоте 2-3 метра расстояние в 60 метров, благополучно приземлился. С тех пор, 23 октября в Бразилии – праздник основания бразильских ВВС.

Полет Альберто Сантос-Дюмона в Париже 12 ноября 1906 года.
По моему мнению, дать ответ на вопрос: Кто создал первый в мире самолёт? – однозначно нельзя. Это решает для себя лично каждый человек. С другой стороны, есть общепризнанная теория, что первый в мире самолёт сконструировал Александр Фёдорович Можайский. Но, я думаю, что все вышеперечисленные изобретатели имеют безусловное и полное право на признание. А лично я, отдаю предпочтение А.Ф. Можайскому, и не столько по официальной теории, сколько из-за необыкновенного уважения к этому поистине великому человеку.
Заключение:
«Человек не имеет крыльев и по отношению веса своего тела к весу мускулов в 72 раза слабее птицы… Но я думаю, что он полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума».
Николай Егорович Жуковский (1847-1921).
Таким образом, подводя итоги проведённых исследований, можно с полной уверенностью сказать, что предполагаемая гипотеза подтвердилась. Многие великие люди, такие как Леонардо да Винчи, братья Этьен и Жозеф Монгольфье, братья Уилбер и Орвилл Райт, Хайрем Максим, Александр Фёдорович Можайский сделали большой вклад в развитие авиации, тем самым проявив всю свою невероятную смекалку и находчивость, определив дальнейший путь данной области. Все эти изобретатели, действительно, потратили большое количество сил, так как чтобы летательный аппарат взлетел необходимо учитывать огромное количество различных факторов. И в заключении, хочется отметить, что авиация – это очень интересная и сложная область жизни и деятельности человека. И создавалась она большим трудом многих и многих теоретиков и практиков, мечтателей и энтузиастов, инженеров и рабочих. И по моему мнению, всё поколение наших дней должно быть искренне благодарно всем тем, кто создавал по крупинкам первые летательные аппараты и тем самым осуществлял благородную мечту человечества о полёте!

Источники информации:
1) Сайт: ПОЧЕМУХА.РУ, статья "История полёта" http://pochemuha.ru/istoriya-poleta
2) Сайт: Теоретические и инженерные основы аэрокосмической техники, статья "Системный подход к проектированию летательного аппарата" http://old.as-club.ru/kurs3/aero/html/kurs_320_0.html
3) Сайт: образовательный портал Claw.ru, авиационная энциклопедия, статья "Опираясь на воздух" http://www.avia.claw.ru/
4) Википедия: статья "История авиации" https://ru.wikipedia.org/?oldid=9818118201800818000208001860808
5) Сайт: Мировая Авиация, статья "История авиации" http://avia-worlds.ru/
6) М.Н. Конструкция самолетов: Учебник для студентов авиационных высших учебных заведений. – 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1971.

7) В. Крылов Александр Фёдорович Можайский - биография авиаконструктора, 1951.