К 100 летнему юбилею: на самом ли деле летал Густав Уайтхед?

Статья Петера Ф. Пелингера (Peter F. Pelinger) «Zum 100. Jahrestag: Flog Gustave Whitehead wirklich?» из журнала «FLUGZEUG CLASSIC» 4/2001 была переведена уважаемым коллегой NF и немного доработана мной. Перевод был выполнен в ноябре 2016 года.

Аннотация редакции: Кто впервые в истории человечества поднялся в небо на оснащенном силовой установкой летательном аппарате тяжелее воздуха: Густав Вайскопф (Gustav Weißkopf) или братья Райт? Этот вопрос стал предметом для жарких дискуссий в связи с приближением даты, которая, возможно, является столетней годовщиной первого полета самолета Густава Вайскопфа.

Итак, 14 августа 1901 года, за два года до первого полёта братьев Райт, проживавший в Бриджпорте (Bridgeport), штат Коннектикут, Густав Уайтхед (Gustave Whitehead; так себя называл уроженец Лойтерсхаузена [Leutershausen] Франке Густав Вайскопф [Franke Gustav Weißkopf]) совершил полет на летательном аппарате собственной конструкции. Самолет, оснащенный двигателем конструкции Вайскопфа, в ходе полетов набирал высоту 800 метров. Со времени повторного обнаружения документов тех лет фанаты Вайскопфа порой несколько излишне эмоционально и бесконтрольно опротестовывали право братьев Райт считаться первыми людьми в истории человечества, которые поднялись в воздух на самолете. Таким же образом и энтузиасты братьев Райт называли Уайтхеда шарлатаном.

В отличие от достаточного количества не вызывающих сомнений документов о полётах братьев Райт в 1903 году до сегодняшнего дня отсутствует, по крайней мере, хотя бы одна фотография, на которой было бы видно, как Уайтхед выполняет полет на своем летательном аппарате №21 (Flugapparat Nr.21). Сотрудники расположенного в Лойтерсхаузене исторического исследователь­ского сообщества Густава Вайскопфа в 1993 году построили как можно более полно соответ­ствующие оригинальным разработкам Вайскопфа копии летательного аппарата №21 и приводного двигателя, вращавшего воздушный винт. Для доказательства возможности полетов на Nr.21 летчик-испытатель Хорст Филипп (Horst Philipp) решил сам опробовать построенный летательный аппарат в полёте. В данных полётах вызвались оказать помощь Филиппу опытные инженеры-исследователи расположенных в Манхинге (Manching) научно-испытательного центра ВВС ФРГ и подразделения DASA (сейчас это авиастроительный концерн EADS). В период с сентября 1993 года по февраль 1998 года эта группа специалистов во главе с Хорстом Филиппом в свободное время в Манхинге при соблюдении всех возможных объективных факторов и с особой аккуратностью провела объёмную научно-техническую работу и лётные испытания. Подробный материал об этих исследованиях был опубликован в печати (см. «FLUGZEUG CLASSIC» 1/2001). Описанные ниже процессы и подробности взяты из доклада Хорста Филиппа, в котором описан весь процесс постройки и испытаний копии летательного аппарата №21 Вайскопфа.

Сначала Филипп, используя сохранившиеся стеклянные фотопластины, произвёл оценку конструктивных особенностей летательного аппарата №21 обр. 1901 года и их влияние на способность выполнять полет. Из его материалов приведём два примера: предпочтительной выглядит концепция моноплана. Расчалки моноплана позволяют произвольно изменять профиль крыла и тем самым обеспечивают оптимальные условия для экспериментальных исследований аэродинамических профилей крыла. Негативным фактором является выбор велосипедного (тандемного) шасси. Данное решение оценивалось критически, поскольку оно могло привести к ошибочному установочному углу крыла и, как следствие, отрыву от поверхности земли и набору высоты при более высокой скорости. В целом конструкция летательного аппарата №21, в виде сверху напоминавшего Etrich Taube, с консолями крыла, имеющими большое поперечное V, позволяет надеяться на стабильные летные характеристики с правильным расположением центра тяжести.

Еще одним предварительным соображением был вопрос о теоретической возможности выполнять полёты даже с минимальной среди всех сохранившихся данных мощностью двигателя Вайскопфа. С этой целью Хорст Филипп выполнил оценку летных качеств самолета, а именно скорость отрыва от земли и коэффициент планирования (обратное аэродинамическое качество) летательного аппарата №21. Прямое сравнение построенного братьями Райт самолета-биплана Flyer и разработки Вайскопфа продемонстрировало более высокую удельную нагрузку на несущие поверхности, из чего следовала необходимость получение более высокой взлётной скорости отрыва летательного аппарата от поверхности земли. Статистика Хенка Теннека (Henk Tennek) была на стороне оценок Хорста Филиппа. Из статистики следовало, что для взлёта была необходима скорость примерно в 52 км/ч, тогда как согласно выполненным расчетам была необходима скорость 62 км/ч. Для оценки аэродинамического качества первых самолетов хорошо помог моторный планер Trike. Результаты комплексных аэродинамических и лётно-механических контрольных вычислений летательного аппарата №21, полученных с помощью моторного планера Trike, показал большую схожесть летных качеств. Таким образом, можно было смело предположить, что коэффициент планирования летательного аппарата №21 будет находиться в районе 5. Из этих данных следовало, что мощность, развиваемая двигателем на валу воздушного винта, должна быть равна 15,2 л.с. (11,2 кВт) для взлёта при скорости в 52 км/ч и 18,1 л.с. (13,3 кВт) для взлёта при скорости в 62 км/ч. Густав Вайскопф сообщал, что мощность его двигателя была равна 20 л.с. (14,7 кВт). Однако в этом случае КПД воздушного винта должен был быть значительно выше, чем КПД воздушных винтов того времени. На основе имевшихся документальных данных можно сделать вывод, что КПД винтов, установленных на летательном аппарате №21, отличался в лучшую сторону от обычных винтов тех лет, но этого было недостаточно. Хорст Филипп отметил:

«В связи с этим у меня возник вопрос: могли ли все сообщения очевидцев тех давно имевших место событий быть фальшивыми или следует перепроверить полученные расчетные данные, поскольку эти данные выглядят как пессимистичные».

Не оставалось ничего иного, кроме как совершить испытательный полет и на практике проверить ранее полученные расчетные данные.

И примечательным является то, что и в этом вопросе Хорст Филипп и его коллеги повели себя как профессионалы, словно программа разработка летательного аппарата №21В Вайскопфа проводится по сегодняшним правилам с многомиллиардной стоимостью:

• были проведены испытания летательного аппарата с помощью буксируемого приспособления без отрыва от поверхности земли. При этом были замерены возникающие усилия и изгибающие моменты;
• были проведены полеты с использованием буксирующего автомобиля с целью измерения сопротивления в свободном полете и изучения управляемости относительно двух осей;
• были выполнены свободные полёты с калиброванной силовой установкой для определения летных характеристик и характеристик управляемости;
• были произведены полёты с установленной на летательный аппарат репликой двигателя конструкции Вайскопфа.

И, тем не менее, не имелось твёрдых гарантий того, как повёл бы себя в процессе полёта самолёт Вайскопфа, поскольку все фотоизображения его самолёта, выполненные на стеклянных пластиках, были сделаны в зимнее время. Данный факт указывал на то, что съемки были выполнены на более ранней стадии разработки летательного аппарата, чем сообщалось в материалах о его полётах. Оценка первых испытаний показала, что в данном случае могут быть различия и что существующей мощности двигателя недостаточно для взлёта. Единственным приемлемым средством в данном случае выглядела регулировка угла атаки крыла: кривизна профиля крыла должна быть изменена до границы, при которой крыло самолета становилось похожим на крыло дельтаплана. Эти конструктивные пределы были внимательно отмечены Вайскопфом: для совершения полета кривизна крыла была увеличена до насколько можно максимального значения, в противном случае очевидцы не могли бы его увидеть летящим.

После всех изменений крыла летательный аппарат был разогнан автомобилем-буксировщиком и после отцепки от него поднялся в воздух в свой первый испытательный полет. Всё это выглядело находящимся в рамках знаний, имевших место в 1901 году, и согласовывалось с результатами, полученными Лилиенталем.

После испытательных полетов с помощью автомобиля-буксировщика и с использованием сохранившихся до наших дней рассказов о полетах Вайскопфа, было необходимо провести исследования с симметричным и несимметричным отклонениями хвостового оперения, что было очень легко сделать при помощи незначительного изменения положения тянущих тросов. Хорст Филипп сделал для себя ручку управления, которая только изменяла положение летательного аппарата относительно тянущего троса, но не изменял при этом всего принципа управления полётом.

При буксировках с использованием автомобиля были точно замерены величины лобового сопротивления и подъемной силы. Во время двадцатой буксировки случайно совпали несколько факторов, в результате воздействия которых модель летательного аппарата упала с высоты трех метров. Хотя падение привело к небольшим повреждениям, были получены сведения относительно причин, его вызвавших. Также было определено, что после отсоединения буксировочного троса от автомобиля-буксировщика летательный аппарат №21 устойчиво держался в воздухе и во время полёта сохранял достаточно устойчивое положение на границе срыва воздушного потока. Анализ данных показал, что при наиболее выгодной скорости полёта в 49 км/ч было достаточно мощности двигателя всего 13 л.с. (9,6 кВт). Таким образом двигатель имел резерв мощности в 7 л.с. (5,1 кВт), что компенсировало потери мощности после установки воздушного винта с недостаточным КПД.

Установка на летательный аппарат копии двигателя конструкции Вайскопфа в то время не была возможна (и до сих пор!), и тогда коллектив решил далее проводить исследования с использованием вспомогательных устройств. Старт должен был осуществляться с помощью катапульты, а во время полета копии летательного аппарата №21 в качестве силовой установки должен был использоваться небольшой двухтактный двигатель,  вращавший воздушные винты диаметром 1,27 метра. При полной нагрузке этот двигатель при 3200 об/мин развивал статическую тягу величиной в 128 кг. При последовавших за этим испытаниях тяга воздушного винта была отрегулирована, и представилась возможным установить и подходящий угол атаки лопастей воздушного винта. Таким образом Филипп получил возможность произвести и зафиксировать замеры на скоростях от 0 до 60 км/час.

После монтажа силовой установки вес летательного аппарата возрос с 255 кг до 335,5 кг, и для сохранения центровки было необходимо использовать балласт. Увеличение удельной нагрузки на несущую поверхность и сильные спутные струи от воздушных винтов настолько сильно изменили выпуклость крыльев, что пришлось выполнить еще одну выпуклость для того, чтобы при взлёте буксировочный трос был стабильно натянут, как это предусматривалось при произведённых расчетах. В итоге Филиппу удались также и полёты длиной до 1000 метров и на высотах от 1 до 2 метров над уровнем земли при граничных условиях, сравнимых с теми, что имел Вайскопф.

При полётах с буксированием летательного аппарата было замерено возникающее аэродинамическое сопротивление, и эти показатели подтвердили ранее проводившиеся замеры величины тяги с калиброванными данными мощности привода. Данными замерами было подтверждено, что те величины мощности двигателя, которые указал Вайскопф (20 л.с./14,7 кВт), достаточны для полёта, что летательный аппарат №21 мог совершать полёты с неподвижного старта и что мощности 10 л.с. (7,4 кВт) было достаточно для разгона и подъёма летательного аппарата до скорости примерно 52 км/ч. Однако это условие было действенно только при установке двигателя, вес которого был равен весу оригинального мотора Вайскопфа, не менявшего вес и положение центра тяжести опытного летательного аппарата №21В.

Относительно величины аэродинамического сопротивления следует сказать, что опыты Хорста Филиппа и в части регулирования балансировки имел большое значение. Балансировка летательного аппарата во многом определялась расположением центра тяжести относительно вертикали, и определить его положение и регулировать тримминг можно было лишь после установки на летательный аппарат всех необходимых оригинальных агрегатов в соответствии с теми местами, где эти агрегаты должны были располагаться. Если сопротивление не увеличится, то сохранится избыток мощности, необходимой для выполнения полета. Только тогда, когда на самолет будет установлен оригинальный двигатель и машина, разогнавшись до скорости 52 км/ч, оторвется от земли – только тогда (!) можно будет согласиться со свидетельствами очевидцев, что Вайскопф поднимался в воздух на своём летательном аппарате №21.

Хорст Филипп сказал:

«Любая попытка взлететь окажется неудачной в случае, если хотя бы одно из указанных условий не будет соблюдено. В свете имеющихся знаний почти невозможно представить, что удастся выполнить одно из указанных условий – применение только оригинального двигателя».

Но, тем не менее, эти сомнения в целом противоречили тому, что было получено в ходе результатов четырехлетних исследований и что сообщил работавший у Вайскопфа Антон Прюкнер (Anton Pruckner), который за 10 дней до своей смерти – перед тем как в США приступили к постройке аналога летательного аппарата №21А – под присягой сообщил известные ему сведения:

«Все, что я могу сказать, это то, что он хорошо держался в воздухе и собирался набирать высоту. Вы должны сделать это, если хотите доказать, что он отрывался от земли! Я не сомневаюсь в необходимости такого рода доказательств, потому что я увидел, что он мог летать в 1900 и 1901 годах. Вы увидите сами то, что я имею в виду».

В заключение еще одно замечание: Правду о том, что в действительности имело место в начале прошедшего столетия, вряд ли представится изучить более подробно. Однако исследования, проведённые Хорстом Филиппом и его помощниками, являются вкладом, который сделал всё возможное для того, чтобы оказаться ближе к правде и это ни в коем случае не является доказательством того, что Вайскопф в своё время действительно летал или мог летать. Его двигатель всё еще неработоспособен, и не имеется фотографий того времени, на которых можно было бы увидеть его в воздухе. Тем не менее, хотелось бы еще раз поблагодарить команду исследователей, работавших со всеми тщательностью и отдачей и проведших летные испытания копии летательного аппарата Густава Вайскопфа.

Густав Вайскопф перед своим летательным аппаратом №21, на котором он хотел летать в 1901 году (сохранившаяся стеклянная фотопластина)

Постройка летательного аппарата по сохранившимся материалам Вайскопфа в Манхинге завершена и идёт подготовка к полёту

Летательный аппарат был воспроизведён как можно ближе к оригиналу с использованием сохранившихся фотографий: на данном снимке показан подъём в воздух при буксировке

Буксировка летательного аппарата с помощью автомобиля позволила исследовать взлётные характеристики, аэродинамическое сопротивление и управляемость

Летчик-испытатель Хорст Филипп и его команда во время буксировки летательного аппарата определили поляры аэродинамического сопротивления и подъемной силы копии летательного аппарата Вайскопфа

Скрупулёзные замеры необходимой для полёта мощности силовой установки могли установить, что было бы необходимо для того, чтобы копия созданного Вайскопфом летательного аппарата №21 действительно могла летать

С помощью ультралегких двигателей Хорсту Филиппу удалось поднять в воздух летательный аппарат Вайскопфа