Много ли секунд в обычных земных сутках? Оказывается, всего 86400 (24х60х60). Так вот: за эти сутки в среднем совершается более 85 тысяч рейсов только гражданской авиации (а ведь есть ещё и военные самолёты, и транспортники, и частный авиапарк). Это значит, что самолёты взлетают или садятся каждую секунду. В любое время дня и ночи. 365 дней в году.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №6(22). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Иногда и на блестящие умы находит затмение, иначе и не объяснить замечание выдающегося физика Дж. Томсона, высказанное им в 1895 году на одном из заседаний Королевского научного общества: «Летательные аппараты тяжелее воздуха летать не могут»? Неужели замечательный учёный, дожив до почтенного возраста, ослаб зрением и памятью? Ведь птицы-то летают!

Один из планеров Отто Лилиенталя

Впрочем, вполне возможно, что слова Томсона были неверно истолкованы, как это случилось позже с заявлением авторитетного астронома и математика Саймона Ньюкома о том, что «никакие сочетания механизмов и известных форм энергии не могут заставить полететь любой аппарат тяжелее воздуха». Оказалось, что Ньюком имел в виду только уровень современных ему машин и механизмов, а вовсе не абсолютное отрицание возможности полёта. Поводом для столь резкого заявления стали работы профессора Сэмуэля Пирпонта Лэнгли. Известный астроном, завоевав авторитет пионерскими работами по физике Солнца, вдруг с юношеским энтузиазмом принялся за проектирование и постройку летательных аппаратов, в перспективе — пилотируемых и оснащённых двигателем.

Самый массовый самолёт в истории авиации выпущен в количестве более 45000 экземпляров, продолжает выпускаться до сих пор. Машину, которая выпускается более 60 лет, можно по праву считать легендарной.

Последнее обстоятельство и смущало Ньюкома больше всего. В то время (в последней четверти XIX века) преобладали паровые машины — устройства весьма громоздкие и тяжёлые. Их удельная масса, то есть отношение общей массы машины к вырабатываемой мощности, превышала центнер на лошадиную силу! То, что годилось для судов (для которых масса силовой установки не так критична), мало подходило для летательных аппаратов. Отчасти опасения Ньюкома подтвердил и пионер авиации Альберто Сантос-Дюмон, оспаривавший лавры братьев Райт. Его первые летательные аппараты, ознаменовавшие попытку летать куда надо, а не по направлению ветра, представляли собой дирижабли с моторчиком, плававшие в воздушном океане за счет Архимедовой силы.

К чести профессора Лэнгли, его аэропланы с паровыми двигателями летали вполне успешно. Недостаток мощности двигателя компенсировался стартовой катапультой, установленной на барже посреди реки Потомак. 5 мая 1896 года неуправляемый аппарат Лэнгли пролетел около километра и благополучно приводнился на реку, отчасти посрамив предсказания скептиков.

Flyer. Первый реально летающий самолёт

Но почему всё-таки братья Райт, а не тот же Лэнгли, Сантос-Дюмон или Можайский? Почему не отчаянный Отто Лилиенталь, посвятивший и отдавший жизнь разгадке феномена парения птиц? Ответ прост: речь идёт об управляемом пилотируемом полёте в произвольном направлении на летательном аппарате тяжелее воздуха, оснащённом силовой установкой, позволяющей самостоятельно оторваться от земли. «Летуны» (Flyer I, II, III) были построены по схеме «биплан» с двумя несущими крыльями, отчасти заимствованной у Лилиенталя. 

Но главное заключалось в другом: система управления «Летуна» позволяла контролировать движение аэроплана по трём пространственным осям. Перекос крыла создавал крен (продольная ось), носовой руль высоты (такая схема расположения называется «уткой») — тангаж (поперечная ось), хвостовой руль управлял рысканием (вертикальная ось). В подавляющем большинстве случаев современные самолёты сохранили систему управления, придуманную братьями Райт. Только через полвека на реактивных машинах был внедрён ещё один способ управления движением — управляемый вектор тяги, впервые серийно применённый на палубных истребителях — бомбардировщиках вертикального взлёта «Харриер» британской фирмы Hawker Siddeley.

«Летун» обошёлся братьям всего в 1000 долларов (по нынешним ценам — около 27 тыс., цена не самого «крутого» «паркетника»). При этом на проект тратились только свои деньги, заработанные продажей и ремонтом велосипедов. Даже 16‑сильный бензиновый двигатель «Райтам» пришлось делать самим: рынок не мог предложить ничего подобного. Итог их усилий вошёл в историю наравне с первым полётом человека в космос: 17 декабря 1903 года, 59 секунд полёта, дистанция — 260 метров.

Эта минута стала без преувеличения эпохальной. Отныне авиация определилась с главным направлением развития, отставив в сторону прежде казавшиеся перспективными проекты махолётов, автожиров и т. п. Хотя, справедливости ради, надо отметить, что по энергоэффективности, то есть затратам энергии на перемещение единицы массы, самолёты до сих проигрывают птицам. Сравним такой параметр, как нагрузка мощности. Он показывает, какая масса поднимается в воздух одной лошадиной силой. Например, у гуся нагрузка мощности достигает 150 кг/л.с., у голубя — 40–45 кг/л.с.

А как с этой величиной у самолётов? Самый массовый боевой самолёт всех времён Ил-2 может «похвастаться» всего… 4 кг/л.с. Самый массовый истребитель в истории, немецкий Bf109 финальных модификаций — 1,7 кг/л.с. А легендарный DC-3 едва переваливает за 5 кг/л.с.! Самолёты XXI века ушли совсем недалеко. Сменив поршневые моторы на реактивные турбины, увеличив скорость, грузоподъёмность и дальность полёта, они всё равно «топчутся» вблизи отметки 10 кг/л.с., безнадёжно уступая самому гениальному конструктору — природе.

Одномоторный поршневой истребитель фирмы Messerschmitt (Германия) стал самой массовой машиной данного класса. Был выпущен в количестве свыше 30 тысяч в десятках модификаций. Bf109 — один из немногих самолётов, который, образно говоря, прошёл всю Вторую мировую войну, включая гражданскую войну в Испании.

Птичье крыло — образец функциональности и рационализма, отшлифованный эволюцией за миллионы лет. Оно одновременно служит и источником тяги, и создает подъёмную силу, позволяя при этом практически мгновенно менять направление и скорость полёта (у самолётов эти функции разделены между многочисленными узлами). Формально и аэроплан, и ласточка держатся в воздухе благодаря эффекту Бернулли, связывающему скорость потока среды (газа или жидкости) с динамическим давлением: чем ниже одно, тем выше другое. Отметим, что эффект справедлив только для ламинарных, то есть гладких и непрерывных, потоков. При турбулентности упорядоченность сменяется хаосом, ведущим к непредсказуемым локальным возмущениям плотности, скорости и давления среды.

Немецкий турбореактивный истребитель конструкции Вилли Мессершмитта, бомбардировщик и самолёт-разведчик Второй мировой войны. Первый в мире серийный турбореактивный самолёт и первый в мире реактивный самолёт, участвовавший в боевых действиях.

Природа придумала блестящее противоядие — перья! Оказывается, они разрушают микрозавихрения воздуха на задней поверхности крыла, восстанавливая ламинарный характер воздушного потока. Обратите внимание, как гуси или утки громко хлопают крыльями на взлёте. Для отрыва нужна максимальная подъёмная сила, а её можно добиться только под большим углом атаки (это угол между направлением потока воздуха и плоскостью крыла). Но в таких малокомфортных аэродинамических условиях воздушный поток за крылом превращается в турбулентный, увеличивая сопротивление, поэтому птица вынуждена взлетать в режиме форсажа, разбегаясь и энергичнее размахивая крыльями. Набрав высоту, она переходит в режим экономичного крейсерского полёта с малым углом атаки и низким сопротивлением. Именно в этих условиях крыло проявляет себя во всём блеске, позволяя, например, золотистой ржанке (Pluvialis) без посадки пересекать Тихий океан от Аляски до Гавайских островов. А это — 3500 километров!

B-29 Superfortress. Этот стратегический бомбардировщик, ставшийстал первым и единственным в мире самолётом, который применил атомное оружие по назначению, также был разработан под руководством Ассена Джорданова.

То, что у птицы получается легко и естественно, в авиации достигается средствами механизации, которые превращают крыло в сложный и дорогой агрегат, ничуть не похожий на обтянутые тканью плоскости первых самолётов. Все эти закрылки, предкрылки, спойлеры, интерцепторы и щитки — плоды аэродинамических компромиссов, позволяющие в известной степени менять конфигурацию единственной несущей плоскости. Лучше всего она работает в режиме крейсерского полёта, когда самолёт летит с большой скоростью на значительной высоте. Крылья обтекаются ламинарным потоком воздуха, создавая сравнительно небольшую подъёмную силу и не оказывая большого сопротивления.

Один из первых реактивных дальнемагистральных пассажирских лайнеров. Во многом благодаря ему коммерческие пассажирские перевозки стали быстрыми, сравнительно дешёвыми и удобными. Выпускавшейся с 1956 по 1991 год, самолёт был построен в количестве 1010 экземпляров только в гражданском исполнении. Многочисленные военные модификации — КС-135 (воздушный танкер), E6 и E8 (самолёты радиоэлектронной разведки и целеуказания), E3 «АВАКС» — используются до сих пор.

Иное дело — взлёт и посадка, самые кратковременные и ответственные этапы полёта (80% авиакатастроф случаются в первые три минуты после взлёта и в заключительные восемь минут перед посадкой). Именно тогда механизация крыла проявляет себя во всём блеске. Низкие скорости, неоднородность приземной воздушной массы, большие углы атаки (вспомните гуся!) заставляют менять геометрию крыла буквально на лету, а у некоторых машин (чаще всего военных) проблема решается ещё радикальнеё — они меняют угол стреловидности крыльев!

Один из самых массовых и широко известных транспортно-пассажирских самолётов конструкции Ассена Джорданова, американского инженера болгарского происхождения. Первый полёт DC-3 совершил в 1935 году. Общий выпуск составил более 16 тысяч машин. И до сегодняшнего дня в строю остаётся почти полтысячи самолётов!

Самолёт навсегда изменил представление о путешествии, каждый раз напоминая человеку, что самое дорогое и невосполнимое — это время. Он в буквальном смысле поднял мобильность на небывалую прежде высоту, позволяя рядовому пассажиру за несколько минут увидеть больше, чем его далёкие предки не могли увидеть за всю жизнь. Сложно представить, но в каждый момент времени в воздухе находится почти четверть миллиона человек, целый летающий город, а за год его «население» составляет почти 4 миллиарда пассажиров («паксов» на слэнге пилотов).

На заре XX века пионеры и представить себе не могли, что всего за 2–3 поколения авиация из забавной и часто опасной «игрушки» станет чрезвычайно мощной силой, меняющей транспорт, военное дело и культуру, а хрупкие «этажерки», созданные трудом и талантом инженеров и конструкторов, превратятся в серебристых красавцев, связывающих огромную планету в единое целое. Ещё бы: авиация — это наивысшая путевая скорость перевозок, сравнительно малая зависимость от состояния и функционирования наземных технических средств (в основном это аэродромы и средства контрольно-диспетчерских служб).

Первый в мире сверхзвуковой пассажирский лайнер конструкции А. Н.Туполева. Самолёт летал на линии «Москва-Алма-Ата» в течение всего 7 месяцев (1977–78 гг.), затем его эксплуатация была признана слишком сложной и дорогой. Несмотря на это, самолёт стал символом советского авиастроения и реактивной пассажирской авиации в целом.

Впрочем, обольщаться не надо. Авиация пока слишком дорога для действительно массового использования, иначе трудно объяснить бум так называемых «дискаунтеров»-«лоукостеров» — авиаперевозчиков (более 20% рынка авиаперевозок), предлагающих низкие цены за счёт «обрезания» части сервисов и удобств. Не стоит забывать о зависимости самолётов от метеорологических условий, сильно влияющей на безопасность и оперативность полётов.

Немаловажно и то, что сжигание каждого килограмма авиационного топлива (чаще всего керосина) приводит к выбрасыванию в атмосферу более 3 килограммов углекислого газа, водяного пара и сажи. А если учесть, что у дальнемагистрального Boeing-747 запас топлива достигает 180 тонн, можно себе представить, сколько жизненно необходимого кислорода пропадает из атмосферы всего за один рейс.

Культовый самолёт, ставший самым узнаваемым «киногероем» из всех гражданских самолётов. Выпущен в количестве 1446 единиц, продолжает выпускаться по сей день только в грузовом варианте. Действующий самолёт президента США VC-25 — переделанный по спецзаказу Boeing 747–200B версии 1990 года.

Положение несколько улучшается у новых машин. Так, сравнительно недавно введённые в строй Airbus A380, Boeing 787 Dreamliner, ATR-600 и некоторые другие используют менее трёх литров топлива в пересчёте на сто пассажиро-километров. Такими параметрами могут похвастаться далеко не все компактные автомобили! Но ведь самый мощный и дорогой Ferrari не умеет делать того, что доступно даже дряхлому аэроплану — он не умеет летать…