Введение
С древних времен людей вдохновляет полет птиц. Ученые всех эпох старались создать орнитоптер – устройство, позволяющее человеку подняться в воздух, взмахивая крыльями. Орнитопте́р (англ. ornithopter, от др.-греч. ὄρνις, — птица и πτερόν — крыло) — воздушное судно тяжелее воздуха, которое поддерживается в полёте в основном за счёт реакций воздуха с его плоскостями, которым придаётся маховое движение. В русском языке также распространены синонимы — махолёт, птицекрылый летательный аппарат. Но как бы они ни старались, какие бы хитрые приспособления ни выдумывали, все попытки с использованием только мускульной силы человека были обречены на провал.
Причина многочисленных неудач понятна: саму сущность полета в те годы представляли достаточно смутно. Подъемную силу птицам дает не опора на воздух, а особый контур профиля крыла. Разделяя набегающий поток надвое, он заставляет воздух над верхней кромкой двигаться быстрее, чем над нижней. По закону Бернулли, давление будет выше в области с более медленным потоком. Возникающая разница между давлением под крылом и над ним создает подъемную силу. Но стоит начать махать крыльями — и эта ясная картина полностью меняется.
Лишь в середине XIX века авторы проектов летательных машин перешли от машущих крыльев к неподвижным несущим поверхностям и к пропеллеру, который явился как бы перенесением в воздух водного гребного винта. А до того в течение тысячелетий человек иначе и не представлял себе полета, как только с помощью машущих крыльев. Это естественно: с кого же было ему брать пример, как не с птиц.
Сегодня в мире очень много транспорта, который загрязняет окружающую среду. В наше время проблемам экологии уделяют повышенное внимание во многих странах. Ведь от этого зависит здоровье нас и наших потомков.
Орнитоптер считается одним из самых экологически чистых видов транспорта. Именно поэтому меня заинтересовал вопрос о том, как можно использовать орнитоптер в наше время.
Цель работы
Целью моей работы является исследование истории создания орнитоптеров и их предназначение, а также перспектив создания такого летательного аппарата в сегодняшние дни и в будущем.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- История возникновения орнитоптеров;
- Дальнейшие разработки орнитоптеров;
- Предназначение орнитоптеров;
- Орнитоптеры в наши дни;
- Орнитоптеры в современном мире;
- Преимущества и недостатки орнитоптеров;
- Выводы и заключение.
История возникновения орнитоптеров
Наиболее многочисленны проекты аппаратов с машущими крыльями - орнитоптеров.
Сама идея орнитоптера — птицекрылого летательного аппарата — подразумевает подражание природным прототипам, птицам и насекомым, как в форме крыльев, так и в движениях ими.
Первый известный проект орнитоптера - это проект Леонардо да Винчи, 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.
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)
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).
Увы, но да Винчи так и не построил для себя такую машину в XV веке и не смог испытать ее.
Дальнейшие разработки орнитоптеров
Разработки в России и СССР
В России также существовал и существует интерес. Н. Е. Жуковский, изучая полеты птиц, разрабатывал свои аэродинамические теории. Значительный вклад в изучение машущего полета внесли академики М. К. Тихонравов и Г. И. Петров. Постройкой орнитоптеров в России занималась группа проф. В. А. Киселёва. При хорошем финансировании и государственной поддержке лаборатория добилась значительных результатов. Было проведено большое количество экспериментов, создана аэродинамическая теория машущего полета, а также построен ряд летающих моделей с машущим крылом, наибольшая из которых была весом 12 кг.
Большой интерес к орнитоптерам наблюдался в СССР в предвоенное и послевоенное время, для этих целей на общественных началах был создан Комитет машущего полёта, в который входили тысячи гражданских активистов, из которых около пятисот — в Москве (среди которых было 6 докторов наук, около 40 кандидатов наук, 300 инженеров, 100 лётчиков). Работы велись совместно с орнитологами Института морфологии животных АН СССР под председательством члена-корреспондента АН СССР профессора В. В. Голубева.
Были разработки орнитоптеров и в СССР. Так впервые в стране машущий полет осуществил и продемонстрировал прессе в 1981 г. проф. Валентин Киселев, о чём сообщалось в газетах «Комсомольская правда», "Труд", "Московский комсомолец" от 6 ноября 1981 г., а затем — другие газеты и журналы в СССР и за рубежом.
В начале 90-х гг. в лаборатории Киселева был разработан проект пилотируемого одноместного летательного машущекрылого аппарата взлетным весом 450 кг. На проект даже была выделена часть средств, но перестройка не позволила реализовать задуманное.
Разработки во Франции
Во Франции 19 – летний Бланшар, в 1781 году объявил о своем изобретении в газете «Журналь де Пари». На крестообразной подставке должно было располагаться судно полтора метра длиной и три четверти шириной, состоящее из тоненьких палочек. Крылья образующие зонт диаметром 6 метров предполагалось крепить на двух деревянных стойках. Однако изобретатель публике представил совсем другую конструкцию.
Так же в этой стране орнитоптеры изобретал Винцент де-Гроф. Свои работы он начал в 1862 году в Бельгии, будучи сапожником, а продолжил, перебравшись во Францию. Его махолёт имел крылья
площадью около 20 кв.м., укрепленные в верхней части прямоугольной деревянной рамы. Пилот располагался посреди этой рамы стоя и ногами приводил крылья в движения. Многие усовершенствования этой конструкции не дали желаемого результата. Тогда изобретать решил прибегнуть к содействию воздушного шара, чтобы совершить с него спуск на своем орнитоптере. Он считал, что это поможет определить направление дальнейшего совершенствования летательного аппарата. Через газету нашёл английского
воздухоплавателя по имени Симмонс. Полёт состоялся 9 июля 1874 года. Воздушный шар взлетел из Лондона вместе с подвешенным под ним орнитоптером весом в 125 кг. и его изобретателем. На высоте нескольких метров Симмонс отцепил орнитоптер. При спуске крылья под давлением воздуха поднялись вверх и надломились. Изобретатель разбился, упав на шоссе.
Густав Трувэ в 1801 году предоставил во французскую Академию наук оригинальный орнитоптер. Этот летательный аппарат напоминал сказочного дракона с распущенными крыльями. Крылья были прикреплены к ножкам подковообразной изогнутой трубки. Последовательное повышение и понижение давление воздуха в этой трубке приводили к колебательным движениям её ножек, а вместе с ними и крыльев. Такие движения вызывались последовательными взрывами патронов, помещенных в самодействующем револьверном барабане на 12 выстрелов. На этих зарядах орнитоптер мог пролететь 75 метров. После последнего взрыва он опускался на землю красивым скользящим полетом. Модель весила 3.5 килограмма.
В период примерно с 1870 по 1876 гг. Альфонс Пено в научных целях изготовил модель орнитоптера с резиновым двигателем.