«Құстар қанатымен ауаны тіліп, қалаған жақтарына ұшады. Ал, адам құстардан кем бе?» - деп қапалаған еді ежелгі грек аңыздарының кейіпкері Дедал. Аңыз бойынша, атақты Минотавр лабиринтін тұрғызғаннан кейін ол Минос патшаның тұтқынына түскен. Бостандыққа шығу үшін Дедал өзіне және ұлы Икарға сиқырлы қанат жасайды. Алайда, ұлы мен әкесінің тағдыры қайғылы аяқталды: Икар Күнге тым жақын ұшып, қирайды.

Әрине, адамдар құстардан кем емес. Дегенмен, олар сияқты ұша алулары екіталай. Дедал бұны білмеген еді. Себебі, ол Бернулли заңымен және флаттер құбылысымен таныс емес еді.  

Икар мен Дедал туралы аңыз секілді оқиғалар өте көп. Олардың барлығынан адамның «құстар секілді ұша алсам» деген асқақ арманы байқалады. Алайда, құстар түрлі тәсілмен ұшады. Олардың ең кішкентайы – колибри – қанаттарын жылдам қағатыны сондай, тіпті, көзбен көру мүмкін емес. Және, керісінше, құс неғұрлым ірі болса, қанатын соғұрлым баяу қағады. Сұңқарлар мен бүркіттердің көкте қалықтағанын көрдің бе? Ұшқанда олар мүлде қанаттарын қақпайды, есесіне ұшар алдында қанаттарын барынша қағып, жылдамдық жинап алғандай болады. Құстар ауада екі жаққа жайылған қанаттарының арқасында қалқып тұрады. Олар қанаттарын жинаса болды, тура тас секілді төмен қарай құлайды.

Адамзат аспанды бағындыру үшін қанаттардың құрылысын зерттеді, оларды көшірді. Алайда, барлық талпыныс сәтсіз аяқталды. Құстар қанаттарын қақпағанда аспанда қалай қалықтап тұратынын толық түсіне алмады.

Жұмбақты шешуге алғашқы қадамды италияндық математик және физик Эванджелист Торричелли жасады. Ол ауаның заттарға қысым түсіретінін дәлелдеді. Ал француз математигі Блез Паскаль 1663 жылы бұл қысымның біркелкі бөлінетінін, яғни ауаның қысымды заттың тек жоғарғы жағынан ғана емес, барлық жағынан бірдей түсіретінін анықтады.

1738 жылы швейцарлық атақты математик және физик Даниил Бернулли өзінің кеңінен танымал заңын ашты (ол дәл солай аталады – Бернулли заңы). Заң бойынша, газдар мен сұйықтықтардың қозғалысы кезінде олардың ағынының қысымы мен жылдамдығы өзара байланысты:жылдамдық неғұрлым жоғары болған сайын, қысым соғұрлым төмен және керісінше – газ қозғалысының жылдамдығы төмен болған сайын, қысымы соғұрлым жоғарылай түседі.

Осы бір қарапайым көрінетін заң жалпы ұшақтарды тұрғызуға жол ашқан алғашқы серпіліс болды. Алайда, алғашқы «темір құстың» ұшуына әлі 165 жыл бар еді.  

Бернулли заңының күшіне көз жеткізу қиын емес: екі кесек қағазды ал да, оларды бір-біріне параллель қалыпта ұштарынан ұста. Енді олардың арасындағы аралықты үрле. Кесектер бір-біріне жақындай бастайды. Неге? Кесектер арасындағы ауа қозғалысының жылдамдығы олардың сыртындағы жылдамдыққа қарағанда жоғарылай түсті, яғни олардың арасындағы ауа қысымы азайды. Сондықтан сыртқы қысым оларды бір-біріне итерді.

Бернулли заңы тек ұшу кезінде ғана қолданылмайды. Оны барлық теңізшілер жақсы біледі: егер кемелер бір-біріне параллель қозғалса, оларға жақындауға болмайды. Себебі, бір-біріне тартылып, соқтығысып қалуы мүмкін. Мұның себебі де сол қағаз кесектері секілді: қозғалып бара жақан кемелер арасындағы су ағыны қысымды төмендетеді де, кемелерді бір-біріне тартады. Сағатына 200 км-ден аса жылдамдықпен қозғалуға қабілетті «Сапсан» пойызын жасаған кезде, инженерлер платформада тұрған адамдар қастарынан зулап өтіп бара жатқан жылдам пойызға тартылып кетпеулері үшін арнайы қоршаулар ойластырған.

Алайда, бір қарағанда, Бернулли заңы құстардың қанаттарын қақпаса да не себепті ауада қалықтай алатындарын түсіндірмейді. Оның қалай жүзеге асатынын түсіну үшін ондаған жылдар керек болды. Мәселе құс қанатының құрылысында болып шықты. Егер қанаттың көлденең қимасына көңіл аударсақ, ол созылған тамшы секілді пішіні бар екенін аңғаруға болады. Бірақ симметриялы емес, керісінше, астыңғы жағынан қысып жібергендей иіліңкі болып келеді (қанаттың жоғарғы бөлігінің сәл дөңесі бар, ал төменгі жағы тегіс деуге болады).

Ұшу кезінде ауа құстың мұндай қанатын (немесе дәл осындай қағидамен жасалған ұшақ қанатын) қалай айналып өтетінін елестетіп көр. Ауа қанат арқылы жайылады: ауаның жартысы оның үстінен, қалғаны – астынан айналып өтеді. Алайда, өзің білетіндей, қанаттың үстіңгі бөлігі дөңес болғандықтан, ауа оны тегіс астыңғы бөлікке қарағанда ұзағырақ жүріп айналып өтеді. Ұзынырақ жолды жүріп өту үшін ауаға үлкен жылдамдық керек екенін жақсы білеміз. Нәтижесінде: ауаның қанатты айналып өту жылдамдығы әртүрлі: оның үстіңгі жағында төменгісіне қарағанда жоғарырақ.

Енді Бернулли заңын еске алсақ болады: ауа жылдамдығы жоғары жерде – қысым төмен. Яғни қанаттың төменгі жағына түсетін қысым, жоғарғы жағына қарағанда көбірек. Дәл осы қанатқа түсетін қысымдар арасындағы ерекшелік көтергіш күш деп аталады. Бұл күш құстар мен ұшақтарды қанаттарын қаққызбай-ақ ауада ұстап тұрады.  

XIX ғасырдың басында ағылшын өнертапқыш Джордж Келли әлемдегі тұңғыш ұшақты (немесе алғашқылардың бірі) құрап шықты. Оның қанаты және құйрығындағы жазығы болған. Алайда, ұшу үшін ұшқыш ұшақты көтеріп алып, жермен жүгіруі керек болды. Әрі онымен бар болғаны бірнеше метрге «ұшу» мүмкін еді.

Алғашқы нағыз ұшақты американдық Райт ағайындылар, Орвил және Уилбур құрастырған. 1903 жылдың желтоқсанында олардың іштен жанатын қозғалтқышымен (автомобильдікі секілді) жабдықталған «Флайер 1» атты ұшағы ауада бір минут қалықтап, 260 метр жолды ұшып өтті. Бұл сол уақыт үшін үлкен жетістік еді. Бір жылдан кейін ағайындылар 39 км жолды ұшып өткен ұшақты шығарды. Осылайша авиация дәуірі басталды. 1914 жылы, Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде, ұшақтар әскери әрекеттерде қолданыла бастады.

Ұшақтар жетілдіріле түсті, олардың жылдамдықтары артты. Алайда, әуе жүзгіштері флаттер деп аталатын жаңа тосқауылға тап болды. 1930 жылдары авиацияны дамытуға үлес қосып, ұшақтардың жаңа жылдам үлгілерін сынамадан өткізіп жатқан елдердің ұшқыштары мен конструкторлары түсініксіз құбылысқа душар болды: ұшақтың жылдамдығын арттырған кезде кенеттен және белгісіз себептерге байланысты ол қатты сілкіне бастады. Қатты сілкінетіні сондай, ұшақтардың қанаттары жұлынып кетіп жатты! Неге?

Аталған термин ағылшын тілінің flutter деген сөзінен алынған, аударғанда «селкілдеу, қанатты соғу» деген мағына береді. Бұл өте қауіпті құбылыс. Мысалы, Германияда 1935 және 1943 жылдары флаттер жағдайына байланысты шамамен 150 ұшақ қирады. Ал АҚШ-та 10 жыл ішінде – 1940 және 1950 жылдар аралығында – жүзге жуық осындай оқиға орын алды. Шынымен бас қатырарлық жағдай! Дегенмен, оның да шешімі табылды.  

Сен, әрине, әткеншек тепкен шығарсың. Және оны қалай тербету керек екенін білесің: тізеңді бүгіп, әткеншектің қозғалысына қарай итерілесің. Егер мұны ырғаққа қарсы істесе, тербелу мүмкін болмайды. Тіпті, керісінше, әткеншек тоқтап қалуы мүмкін. Дәл осы «ырғаққа сай» болу физикада резонанс деп аталады. Яғни, әткеншектің өзіндік тербелісі сенің қозғалысыңмен үйлеседі.

Ал сен солдаттардың көпір арқылы сап құрып қалай өтетінін білесің бе? Аяқтарын бірдей басып келе жатқан солдаттар көпірге жақындаған кезде командир «еркін», яғни саппен адымдауды тоқтат деген бұйрық береді. Себебі, көпір, кез келген инженерлік конструкция секілді, қозғалып тұрады. Әрине, әткеншек секілді емес, білінбей тербеледі. Алайда, егер көпірдің тербелісі адымдап бара жатқан солдаттардың қадамымен бір ырғаққа түссе, оның қозғалысы күшейе түседі. Мұндай тербелістен көпірдің қирап түсуі де ғажап емес.

Ұшақтың қанаты да дәл осы жағдайға тап болған. Себебі, ұшу барысында қанат та білінбей тербеледі. Ал қанаттың тербелуіне байланысты оны айналып өтіп бара жатқан ауа ағыны да тербеледі. Олай болса, көтергіш күш те белгілі бір жиілікпен тербеле бастайды деген сөз. Ұшақ флаттердің критикалық жылдамдығы деп аталатын белгілі бір жылдамдыққа жеткен кезде, көтергіш күштің бұл тербелісі қанаттың тербелісімен бір ырғаққа түседі. Міне, осы резонанс қанаттардың қирауына алып келеді.

Бұл мәселе Кеңес Одағының танымал математик-физигі Мстислав Келдыштың жетекшілігімен шешілді. Келдыш қанаттардың техникалық параметрлеріне байланысты (бірінші кезекте олардың қаттылығы), флаттердің критикалық жылдамдығын есептейтін практикалық әдіс ойлап тапты.

Негізі, кез келген ұшақтың асып кетуге болмайтын жылдамдық шегі болады. Келдыштың әдісін қолдану арқылы, конструкторлар флаттердің критикалық жылдамдығы ұшақтың шекті жылдамдығынан жоғары болуы үшін, яғни ұшақ ешқашан флаттерге алып келетін жылдамдыққа жетпеуі үшін, қанаттың қаттылығы қандай болуы керек екенін есептеді. Нәтижесінде, авиақұрылысшыларға осындай қаттылықтағы қанатты дайындау ғана қалды.