История. Орнитоптер Леонардо да Винчи Сообщение о летательных аппаратах леонардо да винчи
15 апреля 1452 года родился человек, чье имя стало синонимом гениальности во всем. Леонардо да Винчи был прекрасным художником, талантливым архитектором, анатомом. Но его технические изобретения смогли опередить свое время на несколько веков
Леонардо да Винчи известен в первую очередь как художник, творец знаменитой «Джоконды » и «Тайной вечери». Его современники ценили прежде всего его художественный талант. Но Леонардо обладал и великим инженерным умом, который люди, жившие с ним в одно время, оценить не могли. Видимо потому, что большинство изобретений да Винчи невозможно было воплотить в жизнь с помощью инструментов XV - XVI веков. А если бы изобретения Леонардо были реализованы, то по средневековым улицам ездили бы автомобили, в небе парили летательные аппараты, а в средневековых сражениях применялись танки и пулеметы.
Все технические идеи гения остались только на бумаге – в рисунках, чертежах и подробных описаниях. Свои научные труды более чем на 5000 страницах Леонардо систематизировал в книги-кодексы. Записи в рукописях были зачем-то зашифрованы своеобразной «тайнописью» - написаны справа налево зеркальным шрифтом. Только через пять веков энтузиасты и почитатели таланта великого человека эпохи Возрождения, прочитав рукописи, попытались воплотить идеи да Винчи в жизнь, сконструировав механизмы по его чертежам. И все машины работали!
Водолазный костюм
Водолазный костюм был придуман Леонардо для венецианцев, которым постоянно приходилось отражать морские военные атаки. В эти непромокаемые костюмы предполагалось нарядить воинов и отправить их под воду затапливать вражеские суда, повреждая им днища. Водолазный костюм Леонардо был выполнен из кожи, шлем был оснащен стеклянными линзами, обувь водолаза утяжелена металлическим грузом. Человек в таком костюме мог дышать с помощью колокола с воздухом, опущенного под воду, от которого к шлему водолаза были подведены дыхательные трубки.
Парашют
Конечно, во времена да Винчи летательных аппаратов еще не было, и возможность подняться в воздух для человека была только мечтой. И гениальный изобретатель задумал свой первый в истории парашют, не как средство спасения, а как аппарат, дававший возможность плавно передвигаться по воздуху, прыгнув с высоты. Парашют да Винчи выполнен в форме пирамиды и обтянут плотной тканью.
Дельтаплан
Мечта человека о полете была заветной с древности. Леонардо да Винчи, как и многие до него, пытался воплотить ее в жизнь. На создание первых летательных аппаратов ученого вдохновили птицы и летучие мыши. Одна из летательных машин была снабжена подвижными крыльями, которые приводились в движение человеком, крутящим педали. Пробовал изобретатель создать и планирующие аппараты: одно из изобретений гениального Леонардо – прототип современного дельтаплана.
Вертолет
Леонардо с детства любил наблюдать за природными явлениями, за животными и растениями. Идею сделать воздушный винт, наподобие тех, что теперь поднимают в небо вертолеты, видимо, родилась у гениального изобретателя при взгляде на то, как с деревьев плавно слетают на землю семена-крылатки. Поднимать в воздух «вертолет» да Винчи должен был большой винт, на лопасти которого была натянута парусина. Предполагалось, что четыре воздухоплавателя, раскручивая винт, могли бы создать тягу и давление на лопасти, которые поднимут «вертолет» вверх.
Автомобиль
Это изобретение великого итальянца условно можно считать первым в мире автомобилем. Конечно, он больше напоминает телегу, чем современные авто. Зато самодвижущаяся тележка Леонардо не нуждалась в водителе и была экологичным транспортом, так как двигалась при помощи пружинного механизма, как заводная игрушка. Идея гениально проста: пружина наматывалась на барабан при помощи рычага рукой. Пока она разматывалась – тележка ехала вперед.
Велосипед
Леонардо да Винчи придумал двухколесный передвижной механизм еще в XV веке, задолго до изобретения современного велосипеда. В рукописях ученого были найдены наброски деревянной машины, очень напоминающий современный двухколесный транспорт. Только в отличие от современных велосипедов руль у изобретения да Винчи не мог поворачиваться и у машины не было сиденья. А вот передача движения с одного колеса на другое при помощи цепи впервые упоминается в рукописях Леонардо да Винчи.
Прожектор
Да Винчи проводил научные эксперименты и в области оптики. Ученый изобрел несколько осветительных устройств, работал над созданием телескопа и очковых линз. Как известно, Леонардо служил при дворах богатых правителей-меценатов, любимым развлечением которых был театр. Идея создать прожектор возникла из сценических потребностей. Осветительное устройство представляло собой ящик, внутрь которого ставилась горящая свеча. На одной из стенок ящика находилось толстое увеличительное стекло.
Робот
Гению Леонардо да Винчи принадлежит также идея механического человека, первого робота. По некоторым данным, это изобретение было даже воплощено в жизнь. Человек-машина, построенный Леонардо, якобы служил игрушкой для богатого миланского герцога Сфорцо. Идея создать механическое подобие человека возникла у Леонардо после глубокого изучения анатомии. История гласит, что в одном из итальянских монастырей у Леонардо была своя тайная комната, где он с учениками ночами препарировал трупы, изучая строение человеческого тела. Мысль, что мышцы служат для того, чтобы двигать кости, подтолкнула Леонардо да Винчи спроектировать первого в истории человечества робота.
Суббота, 6 Апрель 2013 0:03В древнегреческом мифе об Икаре наиболее правдоподобно рассказывается о попытке покорить небо с помощью специально сооруженных крыльев. Чтобы покинуть остров Крит, гениальный мастер Дедал сделал для себя и сына Икара крылья, скрепив их воском. Он предостерегал сына не подниматься при полете с ними слишком высоко, ведь от жарких солнечных лучей воск, скрепляющий крылья, может расплавиться. Однако Икар, увлекшись полетом, забыл о наставлениях отца. Он стал подниматься все выше и оказался слишком близко к Солнцу. Горячие солнечные лучи растопили воск, Икар упал в море и утонул недалеко от острова Самос. Его тело, прибитое волнами к берегу, было похоронено на маленьком островке Доли-ха, который по имени Икара назвали Икария, а море в этой части получило название Икарийского моря.
Леонардо да Винчи (1452-1519) - гениальный итальянский художник, скульптор, ученый, изобретатель также как и Икар мечтал о полетах. Многие его идеи и изобретения значительно опередили время, в которое он жил. Мечтая о полетах в небо, Леонардо да Винчи изучал полет и планирование птиц, строение их крыльев, поэтому первым его проектом явился аппарат с движущимися крыльями, который был назван орнитоптером, или птицелетом. В одной из пробных моделей этого летательного аппарата крылья были, как у летучей мыши.
Для управления орнитоптером на человека, находящегося в лежачем положении, надевали специальный костюм, состоящий из хвостового оперенья и обруча на голове, соединенного с хвостовой частью. Для взмахов крыльями требовалось двигать руками и ногами, а для регулирования высоты полета - поднимать и опускать голову, тем самым поднимая и опуская хвостовую часть орнитоптера.
Еще одним вариантом орнитоптера, предложенным великим Леонардо, был аппарат в виде велосипеда. Вращая педалями колеса, человек через рычаги осуществлял взмахи крыльями.
Кроме того, Леонардо да Винчи выполнил чертеж и дал описание большого летательного аппарата с двумя парами машущих крыльев. В этом устройстве две пары крыльев двигались по очереди. Во время полета человек должен был стоять внутри огромной чаши диаметром 12 м. Размах крыльев составлял около 16 м, а высота конструкции должна была быть не менее 10 м. Для управления аппаратом, как и в предыдущем варианте, использовались движения рук, ног и даже головы пилота. Взмахи крыльев должны были повторять движения крыльев птицы. Весьма любопытно, что аппарат имел убираемое шасси.
В конце XV века изобретатель сделал чертеж еще одного орнитоптера с крыльями, состоящими из двух шарнирно соединенных частей. Предполагалось, что взмахи будут осуществляться внешними частями, площадь которых составляла около половины общей площади крыльев. Данная идея нашла практическое воплощение в последнем десятилетии XIX века в экспериментах О. Лилиенталя. Знаменитый немецкий пионер авиации О. Лилиенталь разработал планер, у которого подвижные концы крыльев приводились в движение от закрепленного на планере двигателя. Великий гений в свое время подошел очень близко к изобретению самолета - летательного аппарата с неподвижным крылом.
Горберт Джеймс Дрейпер. Плач по Икару
Наряду с описанными изобретениями Леонардо да Винчи построил еще один уникальный летательный аппарат - «воздушный винт» радиусом 4,8 м. Он должен был летать, ввинчиваясь в воздух. Такой вертикально летающий аппарат считается предшественником вертолета.
В рукописях Леонардо найден эскиз конструкции, которую можно назвать «парашютом». Он представляет собой колпак из материи, закрепленный на деревянных планках, выходящих из углов квадратной деревянной рамы. На свисающих веревках, прикрепленных к углам рамы, размещался человек.
Леонардо да Винчи был убежден, что «человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух». Убежденный в своей правоте, он начал разрабатывать аппарат, приводимый в движение только силой мышц человека, и позволяющий ему парить в воздухе как птица.
Существует множество рисунков такого «ornitotteri», придуманных Леонардо. Одни из них изображают лежащего человека, который собирается взлететь с помощью механизмов, присоединенных к крыльям; другие — движение вперед при помощи более совершенной системы винтов и шкива. Есть и рисунки человека, расположенного вертикально в летательном корабле, на педали которого он нажимал руками и ногами.
Чтобы сконструировать крылья «ornitotteri», Леонардо изучал анатомию птичьего крыла, учитывая функции и распределение его перьев. Наблюдая за полетом птицы, ученый заметил, что она по-разному машет крыльями, когда зависает в воздухе, летит вперед или приземляется. Его интересовали также перепончатые крылья летучих мышей. На основе этих наблюдений Леонардо сконструировал огромные крылья, предназначенные не только для поднятия человека в воздух, но и удержания его в полете, благодаря элеронам и шарнирам. Он собирался имитировать воздушную акробатику птиц, их способность беречь энергию в полете и точно приземляться. До конца XV столетия Леонардо был убежден, что сможет осуществить проект механического полета. Однако его беспокоило то обстоятельство, что возможности мышц человека ограничены. Поэтому он собирался вместо энергии мускулов использовать механизм лука, который обеспечивал бы движение вперед. Впрочем, лук не решал проблем автономности в полете, возникающих при быстром раскручивании пружины.
С 1503 по 1506 г. Леонардо был занят исследованиями в Тоскане. Атмосферные условия, наличие или отсутствие ветра, соответствующие метеорологические и аэродинамические явления заставили его отказаться от своей старой идеи об «инструменте», основанном на взмахе крыльев, и признать”полет без движения крыльев”.
Наблюдая, как большие птицы позволяют воздушным потокам подхватить и нести их в воздухе, Леонардо думал об оснащении человека большими составными крыльями, которые дадут ему возможность войти в подходящий воздушный поток при помощи несложных движений тела и не затратить много сил на это. Человек будет свободно парить, пока не опустится на землю как “сухой лист”.
Систематические исследования, предпринятые Леонардо в начале XVI в., привели его к необходимости изучить “качество и плотность воздуха”. Для этой цели он сконструировал гидроскопические инструменты. Леонардо подчеркивал,что законы аэродинамики аналогичны законам гидростатики, т.е.наука о воде является зеркальным отражением науки о ветре, ”которую (науку о ветре) мы покажем через движение воды и эта важная наука станет шагом вперед в понимании полета птицы в воздухе».
Вертолет Леонардо да Винчи
Данный рисунок — изображение «предка» современного вертолета. Радиус винта — 4,8 м. Он имел металлическую окантовку и полотняное покрытие. Винт приводился в движение людьми, которые шли вокруг оси и толкали рычаги. Существовал и еще один способ запуска винта — требовалось быстро раскрутить трос под осью. «Я думаю, что если этот винтовой механизм добротно сделан, т. е. сделан из накрахмаленного полотна (во избежание разрывов) и быстро раскручен, то он найдет себе поддержку в воздухе и взлетит высоко вверх».
Гидроскоп
Гидроскоп — прибор, изобретенный Альберти. Он представлял собой простой набор шкал с гидроскопичесим веществом (хлопковая вата, губка и т.д.) и воском, не впитывающим воду. По словам Леонардо, прибор применялся для того, ”чтобы узнать качество и плотность воздуха и когда пойдет дождь”.
ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЕЛИЧИHЫ HАКЛОHА
Этот прибор представляет собой маятник, помещенный внутрь стеклянного сосуда (в форме колокола), служащий для того, чтобы «направить аппарат (летательный) прямо или под наклоном, как предпочитаете, т. е. когда захочется лететь прямо, установите шарик в середину круга».
ИССЛЕДОВАHИЕ БАЛАHСИРОВКИ
Движения планера в полете контролировались подвижными крыльями и балансированием летчика: «человек должен быть свободен книзу от талии, чтобы он мог себя уравновесить, хотя и находится при этом в лодке, и так, чтобы его центр тяжести совпадал с центром тяжести всей конструкции и был уравновешен с ним».
ИССЛЕДОВАHИЕ РАВHОВЕСИЯ
Ученый провел исследование равновесия планера c целью определения центра гравитации у птицы. Рисунков этого планера не существует, но известно, что он должен был быть построен из легких материалов: бамбука и ткани с креплениями и оттяжками из сырого шелка или из специальной кожи. Высокая конструкция из тростника в форме цилиндра или параллелепипеда, видимо, вытягивалась на лямках из очень широких (около 10 м в ширину) крыльев этого планера. В этой конструкции летчик располагался намного ниже крыльев, что создавало равновесие аппарата.
ЛЕЖАЩИЙ «ORNITOTTERO»
Этот рисунок — один из самых знаменитых рисунков Леонардо: «А вращает крыло, В поворачивает его с помощью рычага, С опускает его, D поднимает его». Человек лежит на платформе вытянувшись: «На этом месте располагается сердце». Ноги вдеты в стремена таким образом, что одна нога поднимает крыло, другая опускает. Это — летательный аппарат, в котором распростертый человек крутит педали, поднимающие и опускающие крылья, сгибающие и вращающие их при помощи веревок и рычагов, т.е. этот аппарат как бы “гребет” по воздуху.
ЛЕЖАЩИЙ «ORNITOTTERO» С ЧЕТЫРЬМЯ КРЫЛЬЯМИ
В другом варианте «Ornitottero» четыре крыла приводились в движение руками и ногами пилота. Руки поднимали крылья при помощи барабана, а ноги опускали по одной паре крыльев по очереди. Таким образом, ритм машущих крыльев ускорялся. Аппарат на спине пилота управлялся накручиванием канатов на барабаны и раскручиванием их.
ОРHИТОПТЕР
На рисунке не планер, управляемый пилотом, а интересный «гибрид» . Летчик висит вертикально в центре аппарата, кончики крыльев имеют соединения, контролирующие машину, а жесткая конструкция поддерживает ее.
ОРHИТОПТЕР С ПРУЖИHHЫМ ПРИВОДОМ
Будучи убежденным, что невозможно управлять таким аппаратом при помощи только силы человеческих мышц, Леонардо дал альтернативные решения. Например, им был спроектирован аппарат с пусковым пружинным устройством, передающим свою энергию крыльям “ornitottero” (в данном случае — вертикального) в момент распрямления пружины. В детальной проработке слева Леонардо изобразил устройство, аналогичное тем, что он использовал в своем “автомобиле” и в некоторых часовых механизмах. Данная система теоретически настолько опережала свое время, что даже получила название «Аэроплан Леонардо». На практике она оказалась несовершенной из-за необходимости быстрого раскручивания пружины и трудностей при ее обратном сматывании во время полета.
Если у человека есть тент из плотной ткани, каждая из сторон которого составляет 12 длин руки, и высота — 12, то он может прыгнуть, не разбившись, с любой значительной высоты“.
ПОЛЕТ ПТИЦЫ
Благодаря систематическим исследованиям полета птицы, Леонардо решил заменить полет при помощи машущих крыльев планирующим полетом. Около 1505 г. была закончена его книга “Сodice sul Volo degli Uccelli” (в настоящее время она находится в Турине, в бывшей Королевской библиотеке). Данные рисунки — из этой книги.
ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕHИЯ СКОРОСТИ ВЕТРА
Существовал и другой вид анемометра. Он был сделан из конусообразных трубок и применялся для того, чтобы установить, пропорционален ли ветер, поворачивающий колесо, воздухозаборному отверстию в конусе, учитывая идентичную интенсивность ветра.
СИСТЕМА ОТТЯЖЕК РЫЧАГОВ И СОЕДИHЕHИЙ
Леонардо считал, крылья могут подниматься и опускаться системой канатов и блоков, приводимой в движение ногами пилота, вдетыми в стремена, и его руками, управляющими рукоятками. Поднимаясь и опускаясь, крылья, также, сгибались и распрямлялись при помощи автоматической системы оттяжек, рычагов и соединений.
СПУСК HА ЗЕМЛЮ «СУХИМ ЛИСТКОМ»
Человек повернется направо, если согнет правую руку и вытянет левую; меняя эти движения, он будет поворачиваться справа налево”.
, .
В XV веке мысль о полете не покидала многих инженеров. Но именно Леонардо стал первым, кто стал изучать теорию полета.
Изначально да Винчи работал надо созданием летательного аппарата, основываясь на принципе маховых движений крыльев. Он анализировал характеристики полета птиц и летучих мышей, а также изучал анатомию их крыльев. Он верил в то, что человек сможет научиться летать, если сконструирует, а затем приведет в действие аппарат, имитирующий машущий полет птиц.
Некоторые из его рисунков изображают лежащего вниз лицом человека, который собирается взлететь с помощью механизмов, присоединенных к крыльям. Другие рисунки демонстрируют более сложные крепежные системы. Есть и рисунки человека с машущими крыльями, расположенного вертикально, и нажимающего на педали аппарата руками и ногами.
Однако позже да Винчи приходит к выводу о том, что человеку просто не хватит мускульной силы в туловище и руках для того, чтобы подняться в воздух подобно птице. В результате он начинает изучать возможность полета без маховых движений, углубляясь в изучение скорости ветра и способов использования воздушных потоков для полета.
Его идеи, воплощенные в виде чертежей и набросков во многом предвосхитили появление современных дельтаплана, самолета, вертолета и парашюта. Результатом его неутомимых исследований стало собрание, содержащее 36 страниц рисунков полета птиц и записей, в которых да Винчи утверждает, что полет человека возможен.
Достижение Леонардо в области аэродинамики можно посмотреть
Изучение крыла (studio d"ala unita, wing study). Множество исследований Леонардо изучению крыльев. Этот рисунок крыла основан на форме крыла летучей мыши. Данная конструкция должна была быть выполнена из дерева и полностью покрыта полотном. Эта модель могла быть реквизитом в театральных постановках да Винчи в период его работы при королевском дворе Милана.
Восковой гигрометр (igrometro a cera, wax hydrometer). Этот прибор измерял уровень влажности атмосферы. Он представлял собой простую конструкцию с весами. С одной стороны располагался поглощающий воду материал наподобие хлопковой ваты, с другой стороны - непоглощающая субстанция, такая как воск. Когда воздух сухой, линия отвеса оставалась в вертикальном положении. Когда вата поглощала влагу из воздуха, то становилась тяжелее воска. Чем больше вата перевешивала воск, тем выше была степень влажности воздуха. Леонардо отмечал, что данный прибор помогал "узнавать качество и плотность воздуха и предсказывать дождь". Сегодня этот принцип применяется в метеорологических будках и других гигрометрах, работающих на основе впитывающего материала, таких как кошачья шерсть или волос человека.
Анемоскоп (anemoscopio, anemoscope). В процессе изучения полета Леонардо в числе прочих работ создал рисунок анемоскопа, устройства для опреления направления ветра. Прибор выглядит в точности как флюгер, часто устанавливаемый на крышах современных домов.
Прибор для измерения скорости ветра и воды (studio per condotti conici, speed gauge for wind or water). Леонардо задавался вопросом: "Если интенсивность ветра и воды остается неизменной, способно ли увеличение их интенсивности в пять раз привести к увеличению энергии в пять раз?" Этот экспериментальный прибор состоял из конусообразных трубок с отверстием наверху, по которым пусклись ветер и вода.
Анемометр (anemometro, anemometer). Этот прибор использовался для измерения силы ветра. Вертикальная пластина двигалась как указатель направления ветра, и по степени ее отклонения от вертикального положения можно было судить об интенсивности ветра.
Машущее крыло (studio d"ala batiente, flapping wing).
Этот рисунок был экспериментом Леонардо, с помощью которого он пытался определить подъемную силу машущего крыла. Тростинковая конструкция, покрытая бумагой и состоящая из 12-метрового крыла и сетки, должна была крепиться к деревянной балке весом с человека. Если быстро потянуть рычаг вниз, крыло должно было подняться в воздух вместе с балкой. Если бы эта идея сработала, два крыла смогли бы поднять вверх летательный аппарат вместе с летчиком и удерживать их в воздухе.
В своей записной книжке Леонардо писал:
"... убедись в том, чтобы рывок был максимально резким,
и, если желаемый результат не достигнут,
больше не трать на это время".
Летательный аппарат (macchina volante, flying machine). Один из самых известных рисунков Леонардо, посвященных полету человека. Человек, прикрепленный к конструкции ремнями, должен был лежать лицом вниз и крутить педали, поднимающие и опускающие крылья при помощи веревок и рычагов. Для изменения направления полета нужно было дергать рычаги. Движение аппарата имитировало полет птиц, так как крылья механизма сгибались и распрямлялись в процессе полета.
Дельтаплан (deltaplano, hang-glider). Ранние модели летательных аппаратов Леонардо были основаны на принципе имитации маховых движений крыльев птиц. В механизме таких аппаратов применялись блоки и рычаги, двигающие крылья вверх и вниз. Позже Леонардо начал проектировать аппараты, способные летать, используя воздушные потоки и силу ветра. В таких аппаратах человек мог смещать центр тяжести, просто меняя положение верхней части своего тела. Согласно рисунку в этом планере человек располагался в точках "m", "d" и "a". Движение планера в полете контролировалось с помощью веревок. В 2002 году в Англии по чертежам Леонардо была сконструирована копия этого аппарата. И хотя аппарат был неустойчив в полете, тем не менее смог успешно летать после того, как к конструкции да Винчи добавили хвост.
Воздушный винт (vite aerea, aerial screw). В средние века дети играли в волчок, лопасти которого вращались вокруг оси из нити и поднимали волчок вверх. По всей видимости Леонардо позаимствовал эту идею для своей концепции поднимающегося в воздух винта. Четыре человека, стоя на центральной платформе в основании аппарата, должны были двигаться вокруг оси и толкать рычаги. По мере того как обтянутые льняной тканью винты раскручивались, возникала тяга, позволяющая аппарату подняться в воздух. Скорее всего, такой аппарат никогда бы не смог оторваться от земли и, тем не менее, он по праву может считаться прототипом современного вертолета.
Вертикальный летательный аппарат (ornitottero verticale, vertical flying machine). На рисунке изображен человек, стоящий в самом центре огромного аппарата. С помощью рук, ног и даже головы он должен был управлять скользящими механизмами, с тем чтобы подняться в воздух. Леонардо задействовал все части человеческого тела для того, чтобы максимально увеличить источник энергии. Высота аппарата составляла 12 метров, размах крыльев 24 метра, также конструкция была снабжена выдвижной лестницей с амортизатором длиной 12 метров. Леонардо считал, что конструкция должна состоять из двух пар крыльев, машущих по диагонали (крест-накрест), подобно ходу лошади.
Летательные аппараты
Леонардо да Винчи был убежден, что "человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух".
Убежденный в своей правоте, он начал разрабатывать аппарат, приводимый в движение только силой мышц человека, и позволяющий ему парить в воздухе как птица. Существует множество рисунков такого "ornitotteri", придуманных Леонардо. Одни из них изображают лежащего человека, который собирается взлететь с помощью механизмов, присоединенных к крыльям; другие - движение вперед при помощи более совершенной системы винтов и шкива. Есть и рисунки человека, расположенного вертикально в летательном корабле, на педали которого он нажимал руками и ногами.
Чтобы сконструировать крылья "ornitotteri", Леонардо изучал анатомию птичьего крыла, учитывая функции и распределение его перьев. Наблюдая за полетом птицы, ученый заметил, что она по-разному машет крыльями, когда зависает в воздухе, летит вперед или приземляется. Его интересовали также перепончатые крылья летучих мышей. На основе этих наблюдений Леонардо сконструировал огромные крылья, предназначенные не только для поднятия человека в воздух, но и удержания его в полете, благодаря элеронам и шарнирам. Он собирался имитировать воздушную акробатику птиц, их способность беречь энергию в полете и точно приземляться. До конца XV столетия Леонардо был убежден, что сможет осуществить проект механического полета. Однако его беспокоило то обстоятельство, что возможности мышц человека ограничены. Поэтому он собирался вместо энергии мускулов использовать механизм лука, который обеспечивал бы движение вперед. Впрочем, лук не решал проблем автономности в полете, возникающих при быстром раскручивании пружины.
С 1503 по 1506 г. Леонардо был занят исследованиями в Тоскане. Атмосферные условия, наличие или отсутствие ветра, соответствующие метеорологические и аэродинамические явления заставили его отказаться от своей старой идеи об "инструменте", основанном на взмахе крыльев, и признать”полет без движения крыльев”.
Наблюдая, как большие птицы позволяют воздушным потокам подхватить и нести их в воздухе, Леонардо думал об оснащении человека большими составными крыльями, которые дадут ему возможность войти в подходящий воздушный поток при помощи несложных движений тела и не затратить много сил на это. Человек будет свободно парить, пока не опустится на землю как "сухой лист”.
Систематические исследования, предпринятые Леонардо в начале XVI в., привели его к необходимости изучить "качество и плотность воздуха”. Для этой цели он сконструировал гидроскопические инструменты. Леонардо подчеркивал,что законы аэродинамики аналогичны законам гидростатики, т.е.наука о воде является зеркальным отражением науки о ветре, ”которую (науку о ветре) мы покажем через движение воды и эта важная наука станет шагом вперед в понимании полета птицы в воздухе".
ИДЕЯ ПОЛЕТА В ТРУДАХ ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ
Дмитрий Алексеевич Соболев, канд.техн. наук, Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова, РАН
Одной из самых интересных страниц в многогранном творчестве Леонардо да Винчи являются исследования, посвященные проблеме полета человека. Леонардо был первым из ученых, кто всерьез занялся изучением этой темы. В его рукописях встречаются рисунки и краткие описания различных летательных аппаратов. К этой теме он возвращался на протяжении всей своей творческой деятельности: первые проекты летательных машин относятся к середине 80-х гг. XV века, а последние датируются вторым десятилетием XVI века.
Наиболее многочисленны проекты аппаратов с машущими крыльями - орнитоптеров. Это вполне естественно, так как образцом для подражания на раннем этапе развития авиации всегда была птица.
Первый известный проект летательной машины Леонардо да Винчи - это проект орнитоптера, где человек должен находиться в лежачем положении (1485-1487 гг.) (рис. 1). Для взмахов крыльями нужно использовать и силу рук, и силу ног "пилота". Ось крыла располагалась таким образом, чтобы при движении вниз оно одновременно двигалось назад, создавая наряду с подъемной силой и силу, направленную вперед, необходимую для горизонтального полета.
Леонардо не только привел краткое описание конструкции, но и дал рекомендации об испытаниях аппарата. Он писал: "Этот прибор ты испытаешь над озером и наденешь в виде пояса длинный мех, чтобы при падении не утонуть. Надобно также, чтобы опускание крыльев производилось силою обеих ног одновременно, дабы ты мог задерживаться и балансировать, опуская одно крыло быстрее другого, смотря по надобности, так, как ты видишь это делают коршуны и другие птицы. И притом опускание посредством двух ног всегда бывает более мощным, чем посредством одной... А поднимание крыльев должно совершаться силою пружины или, если хочешь, рукою, а еще лучше поднятием ноги, это - лучше, потому что руки у тебя тогда свободнее" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведени. М.1955. С. 605).
Для управления высотой полета да Винчи предложил оригинальный механизм, состоящий из подвижного горизонтального хвостового оперения, соединенного с обручем на голове человека. Поднимая и опуская голову, испытатель должен был, по замыслу Леонардо, поднимать и опускать хвостовую поверхность орнитоптера (рис. 2).
Стремясь уменьшить затраты сил на движение крыльями, великий итальянский изобретатель предложил делать на машущих поверхностях специальные матерчатые клапаны, которые при движении крыла вниз плотно прижимались бы к натянутой на арматуру крыла сетке, а при обратном ходе открывались, позволяя свободно проходить воздуху. Похожая идея применялась позднее другими конструкторами орнитоптеров.
Еще одним вариантом орнитоптера, предложенным Леонардо в те же годы, был аппарат, в котором человек должен был осуществлять взмахи крыльями, наподобие велосипедиста вращая ногами колеса, соединенные рычагами с силовой конструкцией крыльев (рис. 3). На наброске этого аппарата обращает на себя внимание нечто напоминающее колокольчик, подвешенный перед лицом "пилота". Исследователи до сих спорят, что бы это могло быть. На мой взгляд, данное устройство - это маятник, предназначенный для индикации положения в пространстве. Известно, что примерно в 1485 г. ученый сделал эскиз такого устройства (рис. 4). Если это так, то мы видим первый рисунок авиационного прибора.
Наиболее известный проект - орнитоптер-лодка (рис. 5). Он датируется примерно 1487 г. Судя по всему, человек должен был сидеть или стоять в лодке, двигая соединенные с крыльями рычаги. Еще один рычаг предназначался для поворотов горизонтального руля, напоминающего по форме хвост птицы.
В конце 1480-х гг. Леонардо да Винчи делает чертеж и описание большой летательной машины с двумя парами машущих крыльев (рис. 6). Стоящий в чем-то наподобие чаши, мужчина приводил крылья в движение с помощью системы блоков. Интересно, что аппарат имел убираемое шасси; опоры могли складываться вверх с помощью ворота и тросов (рис. 7).
Леонардо так объяснял концепцию своего нового орнитоптера: "Я решил, что стоять на ногах лучше, чем лежать плашмя, ибо прибор никогда не может перевернуться вверх ногами... Подъем и опускание при движении [крыльев] будут производиться опусканием и подниманием обеих ног, что дает большую силу, а руки остаются свободными. Если бы тебе пришлось бы лежать плашмя, то ноги, в берцовых суставах, сильно уставали бы..." (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения..С.606).
Данное рассуждение, конечно, верно, но тем не менее этот проект следует отнести к наименее удачному результату творческих изысканий Леонардо да Винчи. Очень большие размеры аппарата: размах крыльев - 40 локтей (около 16 м), высота конструкции - 25 локтей (10 м), сложная и тяжелая трансмиссия - все это делало шансы на подъем в воздух еще менее реальными, чем у прежних орнитоптеров.
Подсказку для выхода из этой тупиковой ситуации дало тщательное изучение механизма полета птиц, которым ученый увлекся на рубеже XV-XVI вв. Наблюдение за пернатыми натолкнуло его на верную мысль о том, что основная тяга в полете создается концевыми частями крыла. В результате в самом конце XV в. Леонардо делает чертеж принципиально нового проекта орнитоптера - с крылом, состоящим из двух шарнирно соединенных частей (рис. 10). Взмахи должны были осуществляться внешними частями, составляющими около половины общей площади крыла. Данная идея, являющаяся первым шагом в зарождении концепции аппарата с неподвижным крылом - самолета, нашла практическое воплощение в последнем десятилетии XIX в. в экспериментах знаменитого немецкого пионера авиации О. Лилиенталя. Известно, что тот пробовал совершать полеты с планером, концы крыла приводились в движение от закрепленного на его теле двигателя (рис. 11).
Следующий шаг в эволюции взглядов Леонардо на конструкцию летательной машины связан с исследованием им механизма парящего и планирующего полета пернатых. Он пришел в выводу: "...Когда птица находится в ветре, она может держаться на нем без взмахов крыльями, ибо ту же роль, которую при неподвижном воздухе крыло выполняет в отношении воздуха, выполняет движущийся воздух в отношении крыльев при неподвижных крыльях" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.497).
Основываясь на этом принципе, известным в наши дни как принцип обратимости движения, Леонардо приходит к выводу: не человек должен крыльями отталкивать воздух, а ветер должен ударять в крылья и нести их в воздухе, как движет он парусный корабль. Тогда пилоту летательной машины необходимо будет только обеспечивать равновесие с помощью крыльев. "Не нужно много силы, чтобы поддерживать себя и балансировать на своих крыльях и направлять их на путь ветров и управлять своим курсом, для этого достаточно небольших движений крыльями", - пишет Леонардо да Винчи в 1505 г. (Giacomelly, R. The aerodynamics of Leonardo da Vinci // Aernautical Journal. 1930. Vol. 34. P. 1021)
Опираясь на разработанную им концепцию, ученый задумал создать новый тип летательного аппарата. Скорее всего он должен был принципиально отличаться от орнитоптеров прежних лет. По мнению итальянского исследователя творчества Леонардо да Винчи Р. Джакомелли, это мог быть моноплан с размахом крыльев приблизительно 18 м, предназначенный для полетов в восходящих потоках воздуха (по современной терминологии - планер-паритель). Крылья были подвижные, но по сравнению с предшествующими проектами подвижность их была весьма ограничена и служила бы только для балансировки (Giacomelly, R. Leonardo da Vinci e il volo meccanico // L"Aerotechnica. 1927. No. 8. P. 518-524.).
Пилотируемая "искусственная птица" должна была стартовать с вершины горы Монте Чечери (гора Лебедя) в окрестностях Флоренции и, подхваченная вертикальными потоками, подняться в воздух. "Большая птица начнет первый полет со спины своего исполинского лебедя, наполняя вселенную изумлением, наполняя молвой о себе все писания, - вечной славой гнезду, где она родилась", - написал Леонардо да Винчи в своем "Трактате о полете птиц" (1505 г.) (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.494).
Но Италии не суждено было стать родиной планеризма. Загруженный многочисленными заказами, Леонардо так и не смог приступить к осуществлению своей идеи (или не захотел - для него всегда было интереснее генерировать проекты и постулаты, нежели воплощать их в жизнь).
Незадолго до смерти ученый еще раз вернулся к мыслям о движении по воздуху с помощью неподвижного крыла. В его рукописи, хранящейся в Институте Франции в Париже, есть малоизвестный рисунок, датируемый 1510-1515 гг. (рис. 12). На нем изображен человек, который, держась руками за плоскость, спускается по воздуху, и имеется указание о способе управления: "Этот [человек] будет двигаться направо, если он согнет правую руку и распрямит левую; и будет затем двигаться справа налево при перемене положения рук" (Gibbs-Smith, С. Leonardo da Vinci"s aeronautics. London, 1967. P. 21.). По-видимому, данная идея простейшего балансирного планера, или, точнее, управляемого парашюта, возникла у Леонардо в результате наблюдения за падением листа бумаги в воздухе.
Говоря о изысканиях Леонардо да Винчи в области полета, нельзя не упомянуть еще о двух пионерских проектах - проекте парашюта и проекте вертолета. Оба они сделаны в 1480-е гг., одновременно с первыми предложениями по созданию орнитоптеров.
Рисунок спускающегося на пирамидовидном парашюте человека (рис. 13) Леонардо сопроводил надписью: "Если у человека шатер из прокрахмаленного полотна, шириною в 12 локтей и вышиною в 12, он сможет бросаться с любой большой высоты без опасности для себя" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.615).
Знакомое многим изображение вертолета Леонардо да Винчи (рис. 14) представляет собой первый проект вертикально взлетающего летательного аппарата. В отличие от современных вертолетов с лопастным винтом, эта машина должна была подниматься в воздух с помощью хорошо известного в XV в. архимедова винта, диаметром около 8 м. Несмотря на то, что винт должен был раскручиваться вручную, Леонардо да Винчи верил в осуществимость своего проекта: "Я говорю, что когда этот прибор, сделанный винтом, сделан хорошо, т.е. из полотна, поры которого прокрахмалены, и быстро приводится во вращение [...] названный винт ввинчивается в воздух и поднимается вверх".
Как всякие первые предложения, эти проекты были еще несовершенны. Парашют не имел специального отверстия в вершине купола, обеспечивающего устойчивую траекторию снижения, а в проекте вертолета не учитывалось влияние реактивного момента от вращения винта, который раскручивал бы расположенную внизу конструкцию, далека от наилучшей была и форма винта. Но тем не менее оба они представляют собой выдающиеся технические предвидения.
Замечательные идеи Леонардо да Винчи долгое время оставались неизвестными, так как он не опубликовал результаты своих исследований. В конечном итоге то, к чему Леонардо пришел в течение нескольких десятилетий, затянулось на века. Только в XVIII столетии на смену безуспешным попыткам полета с помощью взмахов прикрепленными к рукам и ногам крыльями пришли первые проекты летательных аппаратов с образующим подъемную силу неподвижным крылом и небольшими подвижными крыльями для создания направленной вперед силы - Сведенборга (Швеция, 1716 г.), Бауэра (Германия, 1763 г.), Кейли (Англия, 1799 г.). Полеты на балансирных планерах начались в конце XIX в., а первые вертолеты появились только в XX в.
Анализ развития взглядов на конструкцию крылатого летательного аппарата в трудах Леонардо да Винчи и в работах последующих пионеров авиации позволяет сделать следующий общий вывод: вопреки распространенной среди историков авиации точке зрения, идея самолета зародилась не сама по себе как альтернативная орнитоптеру концепция, а "выросла" из проектов аппаратов с машущим крылом через ряд промежуточных образцов полусамолетов-полуорнитоптеров, автором первых из которых был великий Леонардо.
Вертикальный "ORNITOTTERO"
Необходимость в более мощном источнике энергии привела Леонардо к мысли задействовать все части человеческого тела в процессе полета. На рисунке - человек, управляющий скользящими механизмами не только с помощью рук и ног, но и головы, которая, по словам Леонардо, "имеет силу, равную 200 фунтам" . Человек стоит в центре огромного сосуда, который представляет собой чашу диаметром 12 м, снабженную лестницей (12 м). Крылья аппарата имели ширину 24 м и размах 4,8 м. На этом аппарате Леонардо предполагал использовать две пары крыльев, машущих поочередно.
Измеритель величины наклона
Этот прибор представляет собой маятник, помещенный внутрь стеклянного сосуда (в форме колокола), служащий для того, чтобы "направить аппарат (летательный) прямо или под наклоном, как предпочитаете, т. е. когда захочется лететь прямо, установите шарик в середину круга".