Фридрих Харт и его летательные аппараты. Часть 1. Планеры от S-1 к S-4
Данный материал был переведен уважаемым коллегой NF и немного доработан мной. Перевод был выполнен в марте 2016 года.
Предисловие редакции: Полёты на планерах имеют свою продолжительную историю. Планеры были предшественниками моторных самолётов. Затем на рубеже XIX и XX веков пути этих летательных аппаратов разошлись. Как именно это происходило? Отто Лилиенталь при помощи планеров создал предпосылки, а братья Райт перешли от планеров к моторным летательным аппаратам. Герой данной монографии Фридрих Харт (Friedrich Harth) продолжил далее заниматься планерами до тех пор, пока его ученик Вилли Мессершмитт не объединил вместе моторные и безмоторные летательные аппараты.
Третий большой этап в истории авиационной техники начался в точке объединения аэродинамики и легких конструкций с одной стороны и новых знаний в двигателестроении с другой.
На сегодняшний момент вклад Фридриха Харта в историю авиации является сильно недооцененным, и на данный момент не было написано как истории жизни этого человека, так и истории созданных им летательных аппаратов.
По случаю столетнего юбилея Фридриха Харта журнал «Luftfahrt International» с большим удовольствием представляет монографию Йоганна Б. Кайзера (Johann B. Kaiser), в которой автор представит результаты своих исследований и нигде ранее не публиковавшиеся графические материалы.
* * *
Фридрих Харт родился 6 октября 1880 года в Центбеххофене (Zentbechhofen), Верхняя Франкония, – небольшом селении юго-западнее Бамберга (Bamberg). Отец Фридриха работал старшим королевским лесничим в Баварии. Дом, где жила семья, располагался рядом с деревней и на его крыше до сих пор гнездятся аисты.
Благодаря аистам Фридрих и его старший брат Луи (Lois) – будучи еще детьми – стали интересоваться полётами. Затем интерес детей подстегнул их отец, когда брал с собой на работу и показывал Фридриху и Луи парящих канюков и прочих птиц. Это и определило интерес детей к воздухоплаванию, который повлиял на всю их дальнейшую жизнь.
Фридрих Харт посещал классическую гимназию в Ландсхуте (Landshut) и в Мюнхене. После завершения учебы в гимназии он один год в качестве добровольца служил в гвардейском полку, а потом с 1901 по 1906 год изучал архитектуру в Высший технической школе Мюнхена (Technischen Hochschule München). После сдачи государственного экзамена Фридрих Харт получил звание «Государственный специалист в области архитектуры» (Regierungsbaumeister).
С 1906 по 1909 год Харт работал в качестве практиканта в отделе по строительству высоких зданий компании Eisenbahndirektion Würzburg, а с сентября 1909 года по апрель 1924 года он состоял на службе муниципального округа Бамберг, где наряду с контролем городских планов строительства он в соответствии со своими обязанностями руководил ремесленной школой строительного дела. Из-за своих политических взглядов Фридрих Харт потерял работу и какое-то время, будучи безработным, даже получал социальное пособие. В 1933 году его вновь приняли на работу на его старое рабочее место и даже повысили в должности до старшего консультанта по строительству.
В возрасте 34-х лет в первых числах августа 1914 года Фридрих Харт был призван на военную службу и в начале сентября попал на Западный фронт. Там он принял участие в боевых действиях против Франции. В декабре 1914 года ему вручили Железный крест II класса. Затем он вновь оказался на фронте в период с октября 1915 по январь 1916 года и с февраля до апреля 1916 года. В промежутках между этими датами он после ранений находился в различных лечебных учреждениях. Летом 1916 года в учебном лагере в Мюнстере прошел подготовку на курсах офицеров-аспирантов (Offiziersapirantenkurs). Получил звание вицефельдфебеля и затем офицера-аспиранта (Offiziersaspiranten).
Фридрих Харт
В январе 1917 года Фридрих Харт был направлен в расквартированное под Мильбертсхофеном (Milbertshofen), Мюнхен, лётное подразделение, где служил в качестве лётчика-инструктора. Затем был направлен на авиастроительное предприятие Bayerischen Flugzeugwerken München, где с августа 1917 года до конца марта 1919 года работал в качестве конструктора.
Лётное дело
Как вспоминал Фридрих Харт, в детстве он долго имитировал полет аистов при помощи самодельных крыльев и клюва. Харт наблюдал за аистами с раннего детства, играл и смотрел, как они при помощи взмахов поднимались в небо. В возрасте 17-18 лет гимназист Харт, находясь в Ландсхутe, еще не мог как следует дать высшую оценку увиденному им. При разбеге против ветра аистам для взлёта приходилось прилагать небольшое усилие, и это при значительном увеличении размеров крыла можно было бы попытаться проделать и с человеком. Нужно было только сделать всё для того, чтобы крылья могли поднять и гораздо больший человеческий вес. Прошло добрых десять лет, прежде чем Фридрих Харт вновь серьёзно заинтересовался всем, что было связано с полётами.
Вюрцбург, 1908 год
В прессе появились сообщения о том, что 8 августа 1908 года Уилбуром Райтом впервые в Европе вблизи города Ле-Ман (Le Mans), центральная Франция, был продемонстрирован полёт летательного аппарата при помощи двигателя. Полёт длился менее двух минут и проходил на высоте 30–40 метров. Самым важным было то, что этим полётам были отвергнуты все многочисленные сообщения о «лгущих братьях» и внезапно оказалось возможным реально убедиться в том, о чем сообщали Уилбур и Орвилл Райт. Дух времени, о котором Петер Ридель (Peter Riedel) писал в своей книге «История испытаний в Рёне с 1911 до 1926 год» («Erlebte Rhöngeschichte 1911 bis 1926»), бывший самой большой преградой для создания самолетов, начинал резко меняться и в первую очередь во Франции.
К этому времени Отто Лилиенталь – «первый летающий человек» – уже 12 лет как умер. Хотя Лилиенталь дал немцам направление для исследования полетов, после его смерти работы практически прекратились и об Отто Лилиентале практически забыли. Все первые успехи в авиации были отброшены на задний план, и на первое место вышли дирижабли. За рубежом всё происходило иначе. В первую очередь тут следовало бы отметить братьев Райт, которые успешно продвигали вперёд управляемые полеты.
То, что архитектор Фридрих Харт также стал жертвой духа времени, не может вызывать удивлений. Из одного написанного Хартом в 1915 году письма однозначно следует, что он никогда не занимался изучением теории полета – тем, чему ранее отдавал все силы Отто Лилиенталь.
Предположительно Фридрих Харт еще в 1908 году начал серьёзно заниматься полётами и ориентиром ему были исключительно братья Райт. Когда Уилбур и Орвилл Райт в 1902 году решили прекратить работы с планерами, Харт в Вюрцбурге в 1908/1909 годах начинал заниматься планирующими полетами. Об этом свидетельствуют не только оставшиеся с тех пор фотографии, но и первые материалы на эту тему, опубликованные в выпусках 22-23 за 1916 год журнала «Flugsport».
Образцом для планера Харта был планер братьев Райт образца 1902 года (на снимке изображена модель)
Харт, опираясь на опыт постройки летательного аппарата, полученный в Бамберге в 1909-1910 годах, писал:
«Сначала использовавшийся летательный аппарат внешне был очень схож с известным типом планера братьев Райт. Основным отличием было то, что он был выполнен в виде моноплана. Система управления располагалась в передней части планера и была схожа с тем, что использовали братья Райт. Существенное различие заключалось только в исполнении крыльев, которые спереди имели переднее горизонтальное оперение».
Последнее высказывание не относится к первому построенному в Вюрцбурге планеру. На фотографии можно увидеть, что в данном случае речь идёт о только верхней части матерчатой поверхности крыла, которое соединено с четырьмя вертикальными и двумя установленными под углом стойками, передние из которых соединяются с двумя полозьями. На загнутых вверх законцовках полозьев было расположено переднее горизонтальное оперение, которое состояло из стабилизатора и покрытого полотном руля высоты.
Между четырьмя вертикальными стойками располагались еще дополнительные горизонтальные рамы, которые принимали на себя нагрузку от лежавшего в горизонтальном положении пилота. В руках пилота находился рычаг, при помощи которого через толкающие штанги можно было управлять рулём высоты. Над крылом крепилась стягивающая рама с диагонально расположенными тросами. Крылья и полозья завершают изображение этого достаточно необычного летательного аппарата, который при разгоне перед взлётом располагался под углом к горизонту. Киль отсутствовал.
Первый после Лилиенталя – спустя 12 лет после смерти Лилиенталя Фридрих Харт в несколько этапов разработал собственный планер. Первый опытный планер в 1909 году в Вюрцбурге
Как сообщается, этот летательный аппарат никогда не летал. Фридрих Харт поместил его в амбаре одного крестьянина, но так как крестьянину данный амбар был необходим для молотьбы, то он вскоре переместил планер наружу и оставил его под открытым небом. Вскоре штормовой ветер разрушил эту первую интересную конструкцию Харта. За исключением дневника Фридриха Харта больше нет никаких сообщений о его деятельности в Вюрцбурге.
Планер S-1 (построен в 1909-1910 гг.)
В это время Фридрих Харт приступил в Бамберге к работе по своей специальности – архитектором. Еще осенью 1909 года на чердаке здания столовой, расположенной на скотобойне Бамберга, Харт приступил к постройке нового летательного аппарата схемы «утка».
Примером для него служила деятельность братьев Райт, но в отличие от их самолета консоли крыла летательного аппарата были обтянуты полотном с обеих сторон. Перед передней кромкой крыла было расположено переднее горизонтальное оперение. Вместе с формой передней кромки, переходящей в нижнюю сторону несущей поверхности, эта большая птица имела значительные улучшения, которые давал улучшенный профиль крыла.
В июне 1910 года планер был готов. Площадь крыла составляла 18 м². Вес снаряженного планера был равен 56 кг, что при весе пилота порядка 75 кг позволяло получить удельную нагрузку на несущую поверхность 7,3 кг/м².
Шаг за шагом: планер Харта S-1 был вторым созданным им летательным аппаратом. Бамберг, 1910 год
Бамбергский бухгалтер Георг Рюттманн (Georg Rüttmann) стал первым сотрудником Фридриха Харта. В окрестностях Бамберга – неподалеку от Шесслитца (Scheßlitz) – в качестве площадки, на которой предстояло испытывать планер, был выбран холм, по форме напоминающий кеглю (Ludwager Kulm). На этом холме был установлен импровизированный ангар.
Наконец в воскресенье 27 ноября 1910 года была предпринята первая попытка испытать новый планер. В это время на конусообразной вершине холма уже лежал неглубокий снег. Взлетать было решено с восточного склона. Сначала выполнялись подскоки, затем удалось подняться на высоту 15 метров. При еще одной последующей попытке планер внезапно круто рвануло вверх, и расположенные над крылом стойки натяжения расчалок сломались. Только в течение недели удалось устранить неисправность, после чего испытания продолжались до января 1911 года.
Площадка для полётов под Бамбергом. S-1 на использовавшемся для стартов холме. Ноябрь 1910 года
Между тем оказалась, что положение центра тяжести ставило под вопрос управляемость планера. Для выявления этих характеристик при ветре со скоростью до 20 м/с были предприняты систематические попытки приподняться в воздух на планере, прикрёплённом к земле тросом. Таким образом, Фридрих Харт постепенно (на земле и в воздухе) научился как следует управлять планером посредством изменения положения переднего горизонтального оперения и перекашивания крыла, после чего он перешел к свободным полетам. Во время обучения постоянно возникали мелкие поломки, во время устранения которых в конструкцию самолета вносились необходимые улучшения.
21 мая 1911 года удалось осуществить нормальный свободный полёт. Планер резко набрал высоту 8 метров и затем горизонтально завис в воздухе, резко повернул вправо и упал на землю. Несмотря на то, что планер получил тяжелые повреждения, радость испытателей была огромной. Лето 1911 года было по настоящему жарким: в течение нескольких месяцев не выпало ни одной дождевой капли, а единственный ключ на холме пересох. Однако, несмотря на это, полёты продолжались. Согласно материалам особенно удачные полёты с мягкими посадками были выполнены вечером 6 августа и, при сильном ветре, 10 октября. Затем 5 ноября 1911 года в сильный порывистый ветер во время третьего полёта было повреждено крыло, планер упал на землю и разбился.
От шагов к прыжкам: планер S-1 на холме; ноябрь 1910 года
Фридрих Харт сообщал, что при сильном порывистом ветре он испытывал сложности с одновременным использованием переднего горизонтального оперения и гоширования крыла. Трудности были настолько серьезными, что Харту пришлось отказаться от управления передним горизонтальным оперением.
Планер S-2 (построен в 1912 году)
Переход к этому второму планеру был отмечен значительными усовершенствованиями: первым из них был отказ от переднего горизонтального оперения, вторым было увеличение удельной нагрузки на крыло более чем вдвое, и третьим стало то, что задний и передний лонжероны крыла были сделаны взаимозаменяемыми относительно основного лонжерона. Фридрих Харт надеялся, что это позволит улучшить гоширование крыла и, как следствие, горизонтальную маневренность планера.
Конец фюзеляжа был образован двумя вертикально установленными стабилизирующими поверхностями, к которым крепилось горизонтальное оперение. Обычных горизонтальных и вертикальных рулей на этом планере не было. Спаренные полозья остались.
Отказ от схемы «утка» – планер S-2; поздняя осень 1912 года
Об этом планере известны следующие данные:
Размах крыла: 7,0 м
Длина хорды крыла: 1,3 м
Площадь крыла: 9 м²
Вес снаряженного планера: 75 кг
Удельная нагрузка на крыло: 16,6 кг/м²
В начале ноября 1912 года – через год после потери планера S-1 – был готов новый планер. Фридрих Харт так пишет об этом:
«На этом аппарате можно было летать только при очень сильном ветре со скоростью 18–20 м/с. При этих погодных условиях площади крыла было вполне достаточно. Однако успех в виде продолжительного планирующего полета пока отсутствовал. О полном овладении ветром речи пока еще не шло, поскольку до конца не были разрешены все вопросы надежности. Планер по-прежнему приходилось запускать при помощи троса. Постепенно после многочисленных попыток удалось получить опыт по сохранению равновесия, и после этого было принято решение оставить данный полностью исправный планер и начинать постройку нового летательного аппарата».
Планер S-3 (построен в 1913 году)
Фридриху Харту во время проведения им испытаниях очень здорово помог случайный сотрудник Тони Баумгартнер (Toni Baumgärtner), который придумал устройство для замера скорости ветра. Это устройство было очень важно для планериста, поскольку при его помощи можно было постоянно получать информацию о ветре в процессе полёта.
Дальнейшую помощь оказал живший в Бамбере пятнадцатилетний Вилли Мессершмитт, который уже был знаком с постройкой моделей летательных аппаратов и проявил интерес к полетам на планере Харта. Будущий главный конструктор BFW в Йоханнистале (под Берлином) прошел двухмесячные курсы обучения моторным полетам. Вилли Мессершмитт вернулся в Бамберг в июне 1913 года, разумеется, без разрешения на управление самолетами (Motorflugschein).
В конце июня 1913 года планер S-2 был разобран и, возможно впервые в истории планеров, его переделали в планер с одним полозом. Помимо хорошо зарекомендовавшего себя гоширования законцовок крыла, средний лонжерон крыла впервые был присоединен к каркасу фюзеляжа таким образом, что появилась возможность менять угол атаки.
Благодаря этому на планере Харта – впервые для его летательных аппаратов – появилась возможность управлять по вертикали и горизонтали: принцип «управления крылом» был «рождён» и затем в течение десятилетия использовался частью планеристов при выполнении динамических планирующих полётов.
Харт расместил на полозе две ручки управления и расположил тросы управления таким образом, что при противоположном отклонении ручек возникало гоширование крыла, а при одинаковом по направлению отклонении штурвалов происходит изменение угла атаки крыла. На фотографии хорошо заметно как при отклонённой на себя правой ручке и отклонённой к себе левой ручке законцовка правой консоли крыла отклонилась вниз, а левой вверх.
Управление перекашиванием (гошированием) крыла. Обратите внимание на значительную эластичность крыла, которая использовалась для управления по высоте. Харт во время экспериментов с S-3 зимой 1913/14 года
В остальном планер был достаточно обычным. Он обладал большой площадью крыла и с малым собственным весом был выполнен таким образом, что уже при небольшом ветре появилась возможность летать.
13 декабря планер был доставлен на вершину холма и собран, после чего с ним были проведены первые тренировки по балансировке. По их результатам возникла необходимость установить в задней части фюзеляжа стабилизирующую горизонтальную поверхность на верхней части вертикального киля. Что касается руля направления, то тут Харт исходил из того, что птицы, которые способны парить подобно планеру, обходятся без него.
Об этом планере известны следующие данные:
Длина: 4,5 м
Размах крыла: 9,0 м
Длина хорды крыла: 1,65 м
Площадь крыла: 14,5 м²
Вес снаряженного планера: 35,0 кг
Удельная нагрузка на крыло: 7,5 кг/м²
Благодаря занятиям на поверхности земли, которые продолжались в течение нескольких недель, была подобрана оптимальная система, позволявшая Фридриху Харту перейти к полётам. Харт достиг такого уровня мастерства, что смог полностью удерживать равновесие и консоли крыла планера даже при штормовом ветре, когда при колебаниях законцовки отклонялись не более чем на ширину ладони руки.
Теперь появилась возможность совершать нормальные полёты. Первый раз это было сделано 6 января 1914 года при очень холодной погоде с падающим снегом и ветром, достигавшим скорости 15 м/с. Трос, удерживавший планер за полоз, был освобождён и начался разбег.
Уже через три метра планер оторвался от поверхности земли и полетел против ветра. Вскоре аппарат значительно отошел от точки старта, но так как на площадке, которая использовалась для взлёта, видимость была плохой, то Харту нужно было начать выполнять посадку. После пролета длиной 120 метров, выполненного при штормовом ветре, Фридрих Харт смог посадить планер.
В данном полете был решен важный вопрос удержания равновесия. Теперь могла идти речь об увеличении в дальнейшем протяженности и времени полётов.
Так Фридрих Харт рассказал об этом полёте в статье, напечатанной в журнале «Flugsport». Однако в дневнике Харта содержится упоминание о полёте протяженностью только 60 метров, и там также упоминается о многочисленных удачных попытках подняться в воздух. В дневнике этот день называется
«часом рождения планирующего полета на летательном аппарате, система управления которым полностью установлена на крыле».
Фридрих Харт и его люди поставили перед собой еще более высокие цели. Они задумали создать планер с крылом, площадь которого будет составлять примерно 16–18 м², и были убеждены в необходимости подыскать более подходящую для испытаний планеров площадку. Дело в том, что размеры и форма холма, использовавшегося ими до сих пор, были ограничены и при испытаниях часто приходилось выполнять посадку досрочно. Во время одного из испытательных полётов передняя часть планера воткнулась в снежный наст, планер опрокинулся, и была сломана его задняя часть. После этого было окончательно решено прекратить полёты с данного холма. В последний раз удачный полет с этой старой площадки состоялся 8 февраля 1914 года. С высоты 6–8 метров удалось спланировать на длину 87,5 метров.
От подскоков к полётам: первый настоящий планер. Построенный в 1913 году революционный S-3 был прототипом для многих более поздних «учебных планеров»
5 апреля 1914 года в Рёне (Rhön) – неподалеку от Хайдайштейна (Heideistein) под Оберэльсбахом (Oberelsbach) – была найдена подходящая площадка. На Пасху испытания были повторены и начали строить небольшое здание, в котором можно было бы укрыться от непогоды.
Планер S-4 (построен в 1914 году)
После переезда началась лихорадочная постройка четвертого планера. Теперь фюзеляж был изготовлен из стальных труб, а размах крыла составлял 8 метров (прочие данные отсутствуют). Основное внимание уделялось технически точному изготовлению. В итоге снаряженный вес планера был равен 50,4 кг.
24 июля со старой площадки были забраны последнее оставшееся там оборудование, и 28 июля оно было доставлено в Рён. Харт, Мессершмитт и еще один работник по фамилии Штюрмер перенесли тяжелые баулы и в течение нескольких последующие дни собрали планер.
Однако до испытаний планера дело не дошло – 1 августа Германия вступила в Первую Мировую войну и через несколько дней Харта призвали в армию.
В дощатом домике в Хайдайштейне так и остался стоять новый, многообещающий планер, судьба которого нам не известна…
источник: Johann B. Kaiser «Friedrich Harth und seine Flugzeuge» // Luftfahrt International 12/1980, c.520–523
