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.

Правительство США выделило грант в $50k на разработку самолёта Сэмюэлю Лэнгли, но тот взлететь так и не смог. А братья Райт построили свой летающий образец Flyer I всего за тысячу долларов.

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
?????
5) PROFIT!

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.

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.

Морозное утро 17 декабря 1903. Полетать удалось 4 раза, потом самолёт развалился от порыва ветра. Движок сняли и использовали в следующей модели.

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.