VIVOS VOCO Д
ІДЕЯ ПОЛЬОТУ У ПРАЦЯХ ЛЕОНАРДО ТА ВІНЧІ
Д.А. Соболєв Дмитро Олексійович Соболєв, канд.техн. наук, Інститут історії природознавства та техніки ім. С.І. Вавілова, РАН
Однією із найцікавіших сторінок у багатогранній творчості Леонардо да Вінчі є дослідження, присвячені проблемі польоту людини. Леонардо був першим ученим, хто всерйоз зайнявся вивченням цієї теми. У його рукописах зустрічаються малюнки та короткі описи різних літальних апаратів. До цієї теми він повертався на протязі всієї своєї творчої діяльності: перші проекти літальних машин відносяться до середини 80-х років. XV століття, а останні датуються другим десятиліттям XVI століття.
Найбільш численні проекти апаратів з крилами, що махають, - орнітоптерів. Це цілком природно, оскільки зразком для наслідування на ранньому етапі розвитку авіації завжди був птах.
Перший відомий проект літальної машини Леонардо да Вінчі - це проект орнітоптера, де людина повинна перебувати в лежачому положенні (1485-1487) (рис. 1). Для помахів крилами необхідно використовувати і силу рук, і силу ніг "пілота". Вісь крила розташовувалася таким чином, щоб під час руху вниз воно одночасно рухалося назад, створюючи поряд з підйомною силою і силу, спрямовану вперед, необхідну горизонтального польоту.
Леонардо не лише навів короткий опис, конструкції, а й дав рекомендації про випробування апарату. Він писав: "Цей прилад ти випробуєш над озером і одягнеш у вигляді пояса довге хутро, щоб при падінні не потонути. Потрібно також, щоб опускання крил здійснювалося силою обох ніг одночасно, щоб ти міг затримуватися і балансувати, опускаючи одне крило швидше за інше, дивлячись так, як ти бачиш це роблять шуліки та інші птахи.опускання за допомогою двох ніг завжди буває потужнішим, ніж за допомогою однієї. А піднімання крил має відбуватися силою пружини або, якщо хочеш, рукою, а ще краще підняттям ноги, це – краще, бо руки в тебе тоді вільніші»*.
* Леонардо Да Вінчі. Вибрані природничо-наукові твори. М, 1955. З. 605.
Прагнучи зменшити витрати сил на рух крилами, великий італійський винахідник запропонував робити на поверхнях, що махають, спеціальні матер'яні клапани, які при русі крила вниз щільно притискалися б до натягнутої на арматуру крила сітки, а при зворотному ході відкривалися, дозволяючи вільно проходити повітрі. Схожа ідея застосовувалася пізніше іншими конструкторами орнітоптерів.
Ще одним варіантом орнітоптера, запропонованим Леонардо в ті ж роки, був апарат, в якому людина мала здійснювати помахи крилами, на кшталт велосипедиста, обертаючи ногами колеса, з'єднані важелями з силовою конструкцією крил (рис. 3). На нарисі цього апарату привертає увагу щось нагадує дзвіночок, підвішений перед обличчям "пілота". Дослідники досі сперечаються, щоб це могло бути. На мій погляд, цей пристрій - це маятник, призначений для індикації положення в просторі. Відомо, що приблизно 1485 р. вчений зробив ескіз такого пристрою (рис. 4). Якщо це так, то бачимо перший малюнок авіаційного приладу.
Мал. 3
Мал. 4
Найбільш відомий проект – орнітоптер-човен (рис. 5). Він датується приблизно 1487 р. Судячи з усього, людина мала сидіти або стояти в човні, рухаючи з'єднані з крилами важелі. Ще один важіль призначався для поворотів горизонтального керма, що нагадує формою хвіст птиці.
Наприкінці 1480-х років. Леонардо такВінчі робить креслення та опис великої літальної машини з двома парами махаючих крил (рис. 6). Чоловік, що стояв у чомусь на кшталт чаші, приводив крила в рух за допомогою системи блоків. Цікаво, що апарат мав шасі, що прибирається; опори могли складатися вгору за допомогою воріт і тросів (рис. 7).
Леонардо так пояснював концепцію свого нового орнітоптера: «Я вирішив, що стояти на ногах краще, ніж лежати плазом, бо прилад ніколи не може перевернутися вгору ногами. силу, а руки залишаються вільними.Якби тобі довелося б лежати плазом, то ноги, у гомілкових суглобах, сильно втомлювалися б.
* Леонардо Да Вінчі. Вибрані природничо-наукові твори. С. 606.
Очевидно, згодом Леонардо сам зрозумів нереальність свого задуму. Можливо, він навіть проводив якісь досліди, тому що у його записках 1485-1490 рр. в. є малюнок експерименту визначення підйомної сили махає крила (рис. 8). Трохи пізніше він вказав на можливість використання як джерела енергії для руху крил стиснуту з великою силою цибулю (рис. 9). При розпрямленні потужна цибуля дійсно могла створити великий імпульс сил, але вона була б дуже короткочасною, і в кращому випадку машина могла б тільки підстрибнути вгору.
Підказку для виходу з цієї глухої ситуації дало ретельне вивчення механізму польоту птахів, яким учений захопився межі XV-XVI ст. Спостереження за пернатими наштовхнуло його на вірну думку про те, що основна потяг у польоті створюється кінцевими частинами крила. Через війну наприкінці XV в. Леонардо робить креслення нового проекту орнітоптера - з крилом, що складається з двох шарнірно з'єднаних частин (рис. 10).Помахи мали здійснюватися зовнішніми частинами, що становлять близько половини загальної площі крила. Ця ідея, що є першим кроком у зародженні концепції апарату з нерухомим крилом - літака, виявила практичне втілення в останньому десятилітті XIX ст. в експериментах знаменитого німецького піонера авіації О. Лілієнталя. Відомо, що той пробував здійснювати польоти з планером, кінці крила рухалися від закріпленого на його тілі двигуна (рис. 11).
Наступний крок в еволюції поглядів Леонардо на конструкцію літальної машини пов'язаний з дослідженням ним механізму літаючого та плануючого польоту пернатих. Він дійшов висновку: ". Коли птах знаходиться у вітрі, він може триматися на ньому без помахів крилами, бо ту ж роль, яку при нерухомому повітрі крило виконує щодо повітря, виконує повітря, що рухається щодо крил при нерухомих крилах" *.
* Леонардо Да Вінчі. Вибрані природничо-наукові твори. С. 497.
* Giacomelly, R. The aerodynamics of Leonardo da Vinci // Aernautical Journal. 1930. Vol. 34. P. 1021.
* Giacomelly, R. Leonardo da Vinci e il volo meccanico // L'Aerotechnica. 1927. No. 8. P. 518-524.
* Леонардо Да Вінчі. Вибрані природничо-наукові твори. С. 494.
Незадовго до смерті вчений ще раз повернувся до думок про рух повітрям за допомогою нерухомого крила. У його рукописі, що зберігається в Інституті Франції в Парижі, є маловідомий малюнок, який датується 1510-1515 pp. (Рис. 12). На ньому зображено людину, яка, тримаючись руками за площину, спускається в повітрі, і є вказівка про спосіб управління: "Цей [людина] рухатиметься праворуч, якщо вона зігне праву руку і розпрямить ліву; і потім рухатиметься праворуч наліво при зміні положення рук" *.Очевидно, ця ідея найпростішого балансирного планера, чи, точніше, керованого парашута, виникла в Леонардо внаслідок спостереження падінням аркуша паперу повітря.
* Gibbs-Smith, С. Leonardo da Vinci's aeronautics. London, 1967. P. 21.
Малюнок людини, що спускається на пірамідоподібному парашуті (рис. 13) Леонардо супроводжував написом: "Якщо в людини намет з прокрохмаленого полотна, шириною в 12 ліктів і висотою в 12, він зможе кидатися з будь-якої великої висоти без небезпеки для себе" *.
* Леонардо Да Вінчі. Вибрані природничо-наукові твори. С. 615.
Мал. 12 та 13 (праворуч)
Знайоме багатьом зображення вертольота Леонардо да Вінчі (рис. 14) являє собою перший проект літального апарату, що вертикально злітає. На відміну від сучасних вертольотів з лопатевим гвинтом, ця машина мала підніматися в повітря за допомогою добре відомого в XV ст. архімедова гвинта, діаметром близько 8 м. Незважаючи на те, що гвинт мав розкручуватися вручну, Леонардо да Вінчі вірив у здійсненність свого проекту: "Я кажу, що коли цей прилад, зроблений гвинтом, зроблено добре, тобто з полотна, пори якого прокрохмалені, і швидко приводиться в обертання [.] названий гвинт вкручується в повітря і піднімається вгору».
Як усі перші пропозиції, ці проекти були ще недосконалі. Парашют у відсутності спеціального отвори у вершині купола, що забезпечує стійку траєкторію зниження, а проекті вертольота не враховувалося вплив реактивного моменту від обертання гвинта, який розкручував розташовану внизу конструкцію, далека від найкращої була і форма гвинта. Проте обидва вони являють собою видатні технічні передбачення.