Леонардо Да Винчи. Летательные аппараты | ||||||||
Леонардо да Винчи был убежден, что «человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух».
Убежденный в своей правоте, он начал разрабатывать аппарат, приводимый в движение только силой мышц человека, и позволяющий ему парить в воздухе как птица. Существует множество рисунков такого «ornitotteri», придуманных Леонардо. Одни из них изображают лежащего человека, который собирается взлететь с помощью механизмов, присоединенных к крыльям; другие — движение вперед при помощи более совершенной системы винтов и шкива. Есть и рисунки человека, расположенного вертикально в летательном корабле, на педали которого он нажимал руками и ногами. Чтобы сконструировать крылья «ornitotteri», Леонардо изучал анатомию птичьего крыла, учитывая функции и распределение его перьев. Наблюдая за полетом птицы, ученый заметил, что она по-разному машет крыльями, когда зависает в воздухе, летит вперед или приземляется. Его интересовали также перепончатые крылья летучих мышей. На основе этих наблюдений Леонардо сконструировал огромные крылья, предназначенные не только для поднятия человека в воздух, но и удержания его в полете, благодаря элеронам и шарнирам. Он собирался имитировать воздушную акробатику птиц, их способность беречь энергию в полете и точно приземляться. До конца XV столетия Леонардо был убежден, что сможет осуществить проект механического полета. Однако его беспокоило то обстоятельство, что возможности мышц человека ограничены. Поэтому он собирался вместо энергии мускулов использовать механизм лука, который обеспечивал бы движение вперед. Впрочем, лук не решал проблем автономности в полете, возникающих при быстром раскручивании пружины. С 1503 по 1506 г. Леонардо был занят исследованиями в Тоскане. Атмосферные условия, наличие или отсутствие ветра, соответствующие метеорологические и аэродинамические явления заставили его отказаться от своей старой идеи об «инструменте», основанном на взмахе крыльев, и признать”полет без движения крыльев”. Наблюдая, как большие птицы позволяют воздушным потокам подхватить и нести их в воздухе, Леонардо думал об оснащении человека большими составными крыльями, которые дадут ему возможность войти в подходящий воздушный поток при помощи несложных движений тела и не затратить много сил на это. Человек будет свободно парить, пока не опустится на землю как “сухой лист”. Систематические исследования, предпринятые Леонардо в начале XVI в., привели его к необходимости изучить “качество и плотность воздуха”. Для этой цели он сконструировал гидроскопические инструменты. Леонардо подчеркивал,что законы аэродинамики аналогичны законам гидростатики, т. е.наука о воде является зеркальным отражением науки о ветре, ”которую (науку о ветре) мы покажем через движение воды и эта важная наука станет шагом вперед в понимании полета птицы в воздухе».
На самом деле конструирование аппаратов способных летать издавна привлекало внимание человека. Увлечение авиамоделизмом, которое у многих начинается с воздушных змеев и бумажных самолетиков, в наше время успешно реализовано за счет производителей радиоуправляемых моделей. Модели самолетов сложно назвать игрушками, потому что большинство из них участвуют в серьезных соревнованиях. Профессионалы разделяют авиамоделизм на любительский и спортивный, при этом первый тип увлечения имеет наибольшее число поклонников.
Идея полета в трудах Леонардо да Винчи
Дмитрий Алексеевич Соболев, канд.техн. наук, Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова, РАН Одной из самых интересных страниц в многогранном творчестве Леонардо да Винчи являются исследования, посвященные проблеме полета человека. Леонардо был первым из ученых, кто всерьез занялся изучением этой темы. В его рукописях встречаются рисунки и краткие описания различных летательных аппаратов. К этой теме он возвращался на протяжении всей своей творческой деятельности: первые проекты летательных машин относятся к середине 80-х гг. XV века, а последние датируются вторым десятилетием XVI века. Наиболее многочисленны проекты аппаратов с машущими крыльями — орнитоптеров. Это вполне естественно, так как образцом для подражания на раннем этапе развития авиации всегда была птица.
Рис.1
Первый известный проект летательной машины Леонардо да Винчи — это проект орнитоптера, 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. 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. Избранные естественно-научные произведени. М.1955. С. 605).
Рис. 2
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). Стремясь уменьшить затраты сил на движение крыльями, великий итальянский изобретатель предложил делать на машущих поверхностях специальные матерчатые клапаны, которые при движении крыла вниз плотно прижимались бы к натянутой на арматуру крыла сетке, а при обратном ходе открывались, позволяя свободно проходить воздуху. Похожая идея применялась позднее другими конструкторами орнитоптеров.
Рис.3, 4
Еще одним вариантом орнитоптера, предложенным Леонардо в те же годы, был аппарат, в котором человек должен был осуществлять взмахи крыльями, наподобие велосипедиста вращая ногами колеса, соединенные рычагами с силовой конструкцией крыльев (рис. 3). На наброске этого аппарата обращает на себя внимание нечто напоминающее колокольчик, подвешенный перед лицом «пилота». Исследователи до сих спорят, что бы это могло быть. На мой взгляд, данное устройство — это маятник, предназначенный для индикации положения в пространстве. Известно, что примерно в 1485 г. ученый сделал эскиз такого устройства (рис. 4). Если это так, то мы видим первый рисунок авиационного прибора.
Рис. 5, 6, 7
Наиболее известный проект — орнитоптер-лодка (рис. 5). Он датируется примерно 1487 г. Судя по всему, человек должен был сидеть или стоять в лодке, двигая соединенные с крыльями рычаги. Еще один рычаг предназначался для поворотов горизонтального руля, напоминающего по форме хвост птицы. В конце 1480-х гг. Леонардо да Винчи делает чертеж и описание большой летательной машины с двумя парами машущих крыльев (рис. 6). Стоящий в чем-то наподобие чаши, мужчина приводил крылья в движение с помощью системы блоков. Интересно, что аппарат имел убираемое шасси; опоры могли складываться вверх с помощью ворота и тросов (рис. 7). Леонардо так объяснял концепцию своего нового орнитоптера: «Я решил, что стоять на ногах лучше, чем лежать плашмя, ибо прибор никогда не может перевернуться вверх ногами. .. Подъем и опускание при движении [крыльев] будут производиться опусканием и подниманием обеих ног, что дает большую силу, а руки остаются свободными. Если бы тебе пришлось бы лежать плашмя, то ноги, в берцовых суставах, сильно уставали бы…» (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения..С.606). Данное рассуждение, конечно, верно, но тем не менее этот проект следует отнести к наименее удачному результату творческих изысканий Леонардо да Винчи. Очень большие размеры аппарата: размах крыльев — 40 локтей (около 16 м), высота конструкции — 25 локтей (10 м), сложная и тяжелая трансмиссия — все это делало шансы на подъем в воздух еще менее реальными, чем у прежних орнитоптеров.
Рис. 8, 9
По-видимому, со временем Леонардо сам понял нереальность своего замысла. Возможно, он даже проводил какие-то опыты, так как в его записках 1485-1490 гг. есть рисунок эксперимента по определению подъемной силы машущего крыла (рис. 8). Чуть позднее он указал на возможность использования в качестве источника энергии для движения крыльев сжатый с большой силой лук (рис. 9). При распрямлении мощный лук действительно мог создать большой импульс сил, но он был бы очень кратковременным, и в лучшем случае машина могла бы только подпрыгнуть вверх.
Рис. 10, 11
Подсказку для выхода из этой тупиковой ситуации дало тщательное изучение механизма полета птиц, которым ученый увлекся на рубеже XV-XVI вв. Наблюдение за пернатыми натолкнуло его на верную мысль о том, что основная тяга в полете создается концевыми частями крыла. В результате в самом конце XV в. Леонардо делает чертеж принципиально нового проекта орнитоптера — с крылом, состоящим из двух шарнирно соединенных частей (рис. 10). Взмахи должны были осуществляться внешними частями, составляющими около половины общей площади крыла. Данная идея, являющаяся первым шагом в зарождении концепции аппарата с неподвижным крылом — самолета, нашла практическое воплощение в последнем десятилетии XIX в. в экспериментах знаменитого немецкого пионера авиации О. Лилиенталя. Известно, что тот пробовал совершать полеты с планером, концы крыла приводились в движение от закрепленного на его теле двигателя (рис. 11). Следующий шаг в эволюции взглядов Леонардо на конструкцию летательной машины связан с исследованием им механизма парящего и планирующего полета пернатых. Он пришел в выводу: «…Когда птица находится в ветре, она может держаться на нем без взмахов крыльями, ибо ту же роль, которую при неподвижном воздухе крыло выполняет в отношении воздуха, выполняет движущийся воздух в отношении крыльев при неподвижных крыльях» (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.497). Основываясь на этом принципе, известным в наши дни как принцип обратимости движения, Леонардо приходит к выводу: не человек должен крыльями отталкивать воздух, а ветер должен ударять в крылья и нести их в воздухе, как движет он парусный корабль. Тогда пилоту летательной машины необходимо будет только обеспечивать равновесие с помощью крыльев. «Не нужно много силы, чтобы поддерживать себя и балансировать на своих крыльях и направлять их на путь ветров и управлять своим курсом, для этого достаточно небольших движений крыльями», — пишет Леонардо да Винчи в 1505 г. (Giacomelly, R. The aerodynamics of Leonardo da Vinci // Aernautical Journal. 1930. Vol. 34. P. 1021) Опираясь на разработанную им концепцию, ученый задумал создать новый тип летательного аппарата. Скорее всего он должен был принципиально отличаться от орнитоптеров прежних лет. По мнению итальянского исследователя творчества Леонардо да Винчи Р. Джакомелли, это мог быть моноплан с размахом крыльев приблизительно 18 м, предназначенный для полетов в восходящих потоках воздуха (по современной терминологии — планер-паритель). Крылья были подвижные, но по сравнению с предшествующими проектами подвижность их была весьма ограничена и служила бы только для балансировки (Giacomelly, R. Leonardo da Vinci e il volo meccanico // L’Aerotechnica. 1927. No. 8. P. 518-524.). Пилотируемая «искусственная птица» должна была стартовать с вершины горы Монте Чечери (гора Лебедя) в окрестностях Флоренции и, подхваченная вертикальными потоками, подняться в воздух. «Большая птица начнет первый полет со спины своего исполинского лебедя, наполняя вселенную изумлением, наполняя молвой о себе все писания, — вечной славой гнезду, где она родилась», — написал Леонардо да Винчи в своем «Трактате о полете птиц» (1505 г. ) (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.494). Но Италии не суждено было стать родиной планеризма. Загруженный многочисленными заказами, Леонардо так и не смог приступить к осуществлению своей идеи (или не захотел — для него всегда было интереснее генерировать проекты и постулаты, нежели воплощать их в жизнь).
Рис. 12, 13
Незадолго до смерти ученый еще раз вернулся к мыслям о движении по воздуху с помощью неподвижного крыла. В его рукописи, хранящейся в Институте Франции в Париже, есть малоизвестный рисунок, датируемый 1510-1515 гг. (рис. 12). На нем изображен человек, который, держась руками за плоскость, спускается по воздуху, и имеется указание о способе управления: «Этот [человек] будет двигаться направо, если он согнет правую руку и распрямит левую; и будет затем двигаться справа налево при перемене положения рук» (Gibbs-Smith, С. Leonardo da Vinci’s aeronautics. London, 1967. P. 21.). По-видимому, данная идея простейшего балансирного планера, или, точнее, управляемого парашюта, возникла у Леонардо в результате наблюдения за падением листа бумаги в воздухе. Говоря о изысканиях Леонардо да Винчи в области полета, нельзя не упомянуть еще о двух пионерских проектах — проекте парашюта и проекте вертолета. Оба они сделаны в 1480-е гг., одновременно с первыми предложениями по созданию орнитоптеров. Рисунок спускающегося на пирамидовидном парашюте человека (рис. 13) Леонардо сопроводил надписью: «Если у человека шатер из прокрахмаленного полотна, шириною в 12 локтей и вышиною в 12, он сможет бросаться с любой большой высоты без опасности для себя» (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.615).
Рис. 14
Знакомое многим изображение вертолета Леонардо да Винчи (рис. 14) представляет собой первый проект вертикально взлетающего летательного аппарата. В отличие от современных вертолетов с лопастным винтом, эта машина должна была подниматься в воздух с помощью хорошо известного в XV в. архимедова винта, диаметром около 8 м. Несмотря на то, что винт должен был раскручиваться вручную, Леонардо да Винчи верил в осуществимость своего проекта: «Я говорю, что когда этот прибор, сделанный винтом, сделан хорошо, т. е. из полотна, поры которого прокрахмалены, и быстро приводится во вращение […] названный винт ввинчивается в воздух и поднимается вверх». Как всякие первые предложения, эти проекты были еще несовершенны. Парашют не имел специального отверстия в вершине купола, обеспечивающего устойчивую траекторию снижения, а в проекте вертолета не учитывалось влияние реактивного момента от вращения винта, который раскручивал бы расположенную внизу конструкцию, далека от наилучшей была и форма винта. Но тем не менее оба они представляют собой выдающиеся технические предвидения. Замечательные идеи Леонардо да Винчи долгое время оставались неизвестными, так как он не опубликовал результаты своих исследований. В конечном итоге то, к чему Леонардо пришел в течение нескольких десятилетий, затянулось на века. Только в XVIII столетии на смену безуспешным попыткам полета с помощью взмахов прикрепленными к рукам и ногам крыльями пришли первые проекты летательных аппаратов с образующим подъемную силу неподвижным крылом и небольшими подвижными крыльями для создания направленной вперед силы — Сведенборга (Швеция, 1716 г. ), Бауэра (Германия, 1763 г.), Кейли (Англия, 1799 г.). Полеты на балансирных планерах начались в конце XIX в., а первые вертолеты появились только в XX в. Анализ развития взглядов на конструкцию крылатого летательного аппарата в трудах Леонардо да Винчи и в работах последующих пионеров авиации позволяет сделать следующий общий вывод: вопреки распространенной среди историков авиации точке зрения, идея самолета зародилась не сама по себе как альтернативная орнитоптеру концепция, а «выросла» из проектов аппаратов с машущим крылом через ряд промежуточных образцов полусамолетов-полуорнитоптеров, автором первых из которых был великий Леонардо.
Вертикальный «ORNITOTTERO»
Вертолет
Гидроскоп
Измеритель величины наклона
Исследование балансировки
Исследование равновесия
Лежащий «ORNITOTTERO»
В другом варианте «Ornitottero» четыре крыла приводились в движение руками и ногами пилота. Руки поднимали крылья при помощи барабана, а ноги опускали по одной паре крыльев по очереди. Таким образом, ритм машущих крыльев ускорялся . Аппарат на спине пилота управлялся накручиванием канатов на барабаны и раскручиванием их.
Модель «ORNITOTTERO»
Орнитоптер
На рисунке не планер, управляемый пилотом, а интересный «гибрид». Летчик висит вертикально в центре аппарата, кончики крыльев имеют соединения, контролирующие машину, а жесткая конструкция поддерживает ее.
Орнитоптер с пружинным приводом
Парашют
Полет птицы
Прибор для измерения скорости ветра
Система оттяжек рычагов и соединений
Спуск на землю «сухим листком»
Анемометр
Аппарат вертикального взлета и посадки
Обсудить на форуме
Использованы материалы с сайта www.leonardodavinchi.ru
|
Здесь есть всё! ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ «Изобретения Леонардо да Винчи» Леонардо да Винчи поражает разнообразием своих научных интересов. Уникальны его исследования в области конструирования летательных аппаратов. Он изучал полет и планирование птиц, строение их крыльев, и создал летательные аппараты с машущими крыльями, парашют, модель спирального пропеллера и другие уникальные для своего времени устройства. В рукописях Леонардо есть десятки изображений разнообразных летательных конструкций, имеющих целый ряд интересных инженерных решений. КОНСТРУКЦИЯ КРЫЛА Создание «самолётов» Леонардо начал с изучения поведения в воздухе стрекозы, а затем придумал машущее крыло, как средство изучения отталкивания от воздуха. Необходимо было рассчитать силу человека, необходимую для поднятия в воздух махолета, общий вес которого должен был составлять около 90 кг. После внимательного изучения полета птиц, Леонардо да Винчи спроектировал свою первую модель летательного аппарата, у которой были машущие крылья, как у летучей мыши. С ее помощью, отталкиваясь от воздуха с помощью крыльев и используя силу мышц рук и ног, человек должен был полететь. Крылья должны были не только поднять человека в воздух, но и благодаря таким приспособлениям, как элероны и шарниры, удержать его в воздухе. Тогда Леонардо был убежден, что сможет осуществить полет человека с помощью машущих крыльев. Недостаточно сильные мышцы он собирался заменить энергией такого механизма, как взведеный лук, которой, как он считал, будет вполне достаточно для полета человека. Однако, и при использовании этого заводного механизма вставали проблемы быстрого раскручивания пружины. Прошли годы, и когда Ленардо после некоторого перерыва снова взялся за изучение полета, он думал уже о парящем полете с помощью ветра, зная, что в этом случае требуется меньше усилий для удержания и продвижения летательного аппарата в воздухе. ОРНИТОПТЕР С ЛЕЖАЩИМ ПИЛОТОМ На таком аппарате человек должен находиться во время полета в лежачем положении и движениями рук и ног управлять механизмами машуших крыльев. Ноги вдеты в стремена так, что одна нога поднимает крыло, другая опускает , а затем наоборот. Крылья сгибаются и вращаются при помощи веревок и рычагов. ОРНИТОПТЕР У этого летательного аппарата корпус по форме напоминает лодку. Огромные крылья, похожие на крылья летучей мыши, приводятся в движение с помощью механизмов. Как и на лодках, для управления предусмотрен руль. Широкая хвостовая плоскость предназначалась скорее всего ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Вертикально летающий аппарат считается предшественником вертолета. В этом аппарате изобретателем были предусмотрены две пары крыльев, машущих по очереди. Во время полета ч еловек должен был стоять внутри огромной чаши диаметром 12 м. Крылья аппарата должны были иметь ширину 24 м , а размах их составлять около 5 м. Для управления механизмами аппарата должны были быть задействованы руки, ноги и даже голова пилота. Взмахи крыльев должны были происходить крестообразно, вверх и вниз, подобно крыльям птицы. Если бы это было построено, машина была бы настолько тяжела, что был бы невозможен полет. Леонардо признал эту проблему и попытался уменьшить вес используя более легкие материалы. ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ ВЗЛЕТОМ На этом аппарате Леонардо хотел установить систему втяжных лестниц, аналог современного убирающегося шасси. При приземлении вогнутые клинья, прикрепленные к основанию лестниц служили бы аммортизаторами. ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ На эскизах Леонардо изображает и совсем другой летательный аппарат — «воздушный винт», способный подняться в воздух.. Аппарат с таким винтом должен летать ввинчиваясь в воздух! Радиус винта — 4,8 м. Он имел металлическую окантовку и накрахмаленное полотняное покрытие. Винт должен был приводился в движение людьми, которые шли вокруг оси и толкали рычаги. Существовал и еще один способ запуска винта — требовалось быстро раскрутитт трос под осью. Реконструкция: ПАРАШЮТ . Модель выполнена на основе квадратной деревянной рамы, из углов которой выходят также деревянные направляющие, скрепленные выше над центром рамы. Закрепленный на раме материал образует вытяжной колпак. К углам рамы крепятся веревки, на которых внизу весит человек. Однако, практически спуск на таком парашюте не может быть безопасным, т.к. материал будет просто разорван напором воздуха. Как считал Леонардо да Винчи, «если у человека есть тент из плотной ткани, каждая из сторон которого составляет 12 длин руки, и высота — 12, то он может прыгнуть, не разбившись, с любой значительной высоты». Испытать этот аппарат ему самому не удалось. Реконструкция: Однако летательные устройства великого изобретателя Леонардо да Винчи так никогда и не взлетели. Всё осталось лишь на бумаге. ЧЕРЕЗ 500 ЛЕТ ЗАБВЕНИЯ В небо наконец-то поднялся изобретенный Леонардо да Винчи летательный аппарат. Недавно над английским графством Суррей был успешно испытан прообраз современного дельтаплана, сконструированный точно по чертежам ученого. Летательный аппарат был сделан исключительно из материалов, доступных при жизни Леонардо. Средневековый дельтаплан напоминал сверху скелет птицы. Он был сделан из итальянского тополя, тростника, льна, сухожилий животных и льна, обработанного глазурью, полученной на основе выделений жуков. На испытательных полетах с холмов удалось поднять «дельта план» на максимальную высоту в 10 м и продержаться в воздухе 17 сек. На нем нельзя выполнять фигуры высшего пилотажа, но он отрывается от земли и прекрасно летает. Другие страницы по теме «Изобретения Леонардо да Винчи»: Замок Амбуаз |
Летательные аппараты леонардо да винчи | Авиация
Леонардо да Винчи был убежден, что «человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух». Убежденный в своей правоте, он начал разрабатывать аппарат, приводимый в движение только силой мышц человека, и позволяющий ему парить в воздухе как птица.
Существует множество рисунков такого «ornitotteri», придуманных Леонардо. Одни из них изображают лежащего человека, который собирается взлететь с помощью механизмов, присоединенных к крыльям; другие — движение вперед при помощи более совершенной системы винтов и шкива. Есть и рисунки человека, расположенного вертикально в летательном корабле, на педали которого он нажимал руками и ногами.
Чтобы сконструировать крылья «ornitotteri», Леонардо изучал анатомию птичьего крыла, учитывая функции и распределение его перьев. Наблюдая за полетом птицы, ученый заметил, что она по-разному машет крыльями, когда зависает в воздухе, летит вперед или приземляется. Его интересовали также перепончатые крылья летучих мышей. На основе этих наблюдений Леонардо сконструировал огромные крылья, предназначенные не только для поднятия человека в воздух, но и удержания его в полете, благодаря элеронам и шарнирам. Он собирался имитировать воздушную акробатику птиц, их способность беречь энергию в полете и точно приземляться. До конца XV столетия Леонардо был убежден, что сможет осуществить проект механического полета. Однако его беспокоило то обстоятельство, что возможности мышц человека ограничены. Поэтому он собирался вместо энергии мускулов использовать механизм лука, который обеспечивал бы движение вперед. Впрочем, лук не решал проблем автономности в полете, возникающих при быстром раскручивании пружины.
С 1503 по 1506 г. Леонардо был занят исследованиями в Тоскане. Атмосферные условия, наличие или отсутствие ветра, соответствующие метеорологические и аэродинамические явления заставили его отказаться от своей старой идеи об «инструменте», основанном на взмахе крыльев, и признать”полет без движения крыльев”.
Наблюдая, как большие птицы позволяют воздушным потокам подхватить и нести их в воздухе, Леонардо думал об оснащении человека большими составными крыльями, которые дадут ему возможность войти в подходящий воздушный поток при помощи несложных движений тела и не затратить много сил на это. Человек будет свободно парить, пока не опустится на землю как “сухой лист”.
Систематические исследования, предпринятые Леонардо в начале XVI в., привели его к необходимости изучить “качество и плотность воздуха”. Для этой цели он сконструировал гидроскопические инструменты. Леонардо подчеркивал,что законы аэродинамики аналогичны законам гидростатики, т.е.наука о воде является зеркальным отражением науки о ветре, ”которую (науку о ветре) мы покажем через движение воды и эта важная наука станет шагом вперед в понимании полета птицы в воздухе».
Вертолет Леонардо да Винчи
Данный рисунок — изображение «предка» современного вертолета. Радиус винта — 4,8 м. Он имел металлическую окантовку и полотняное покрытие. Винт приводился в движение людьми, которые шли вокруг оси и толкали рычаги. Существовал и еще один способ запуска винта — требовалось быстро раскрутить трос под осью. «Я думаю, что если этот винтовой механизм добротно сделан, т. е. сделан из накрахмаленного полотна (во избежание разрывов) и быстро раскручен, то он найдет себе поддержку в воздухе и взлетит высоко вверх».
Гидроскоп
Гидроскоп — прибор, изобретенный Альберти. Он представлял собой простой набор шкал с гидроскопичесим веществом (хлопковая вата, губка и т.д.) и воском, не впитывающим воду. По словам Леонардо, прибор применялся для того, ”чтобы узнать качество и плотность воздуха и когда пойдет дождь”.
ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЕЛИЧИHЫ HАКЛОHА
Этот прибор представляет собой маятник, помещенный внутрь стеклянного сосуда (в форме колокола), служащий для того, чтобы «направить аппарат (летательный) прямо или под наклоном, как предпочитаете, т. е. когда захочется лететь прямо, установите шарик в середину круга».
ИССЛЕДОВАHИЕ БАЛАHСИРОВКИ
Движения планера в полете контролировались подвижными крыльями и балансированием летчика: «человек должен быть свободен книзу от талии, чтобы он мог себя уравновесить, хотя и находится при этом в лодке, и так, чтобы его центр тяжести совпадал с центром тяжести всей конструкции и был уравновешен с ним».
ИССЛЕДОВАHИЕ РАВHОВЕСИЯ
Ученый провел исследование равновесия планера c целью определения центра гравитации у птицы. Рисунков этого планера не существует, но известно, что он должен был быть построен из легких материалов: бамбука и ткани с креплениями и оттяжками из сырого шелка или из специальной кожи. Высокая конструкция из тростника в форме цилиндра или параллелепипеда, видимо, вытягивалась на лямках из очень широких (около 10 м в ширину) крыльев этого планера. В этой конструкции летчик располагался намного ниже крыльев, что создавало равновесие аппарата.
ЛЕЖАЩИЙ «ORNITOTTERO»
Этот рисунок — один из самых знаменитых рисунков Леонардо: «А вращает крыло, В поворачивает его с помощью рычага, С опускает его, D поднимает его». Человек лежит на платформе вытянувшись: «На этом месте располагается сердце». Ноги вдеты в стремена таким образом, что одна нога поднимает крыло, другая опускает. Это — летательный аппарат, в котором распростертый человек крутит педали, поднимающие и опускающие крылья, сгибающие и вращающие их при помощи веревок и рычагов, т.е. этот аппарат как бы “гребет” по воздуху.
ЛЕЖАЩИЙ «ORNITOTTERO» С ЧЕТЫРЬМЯ КРЫЛЬЯМИ
В другом варианте «Ornitottero» четыре крыла приводились в движение руками и ногами пилота. Руки поднимали крылья при помощи барабана, а ноги опускали по одной паре крыльев по очереди. Таким образом, ритм машущих крыльев ускорялся. Аппарат на спине пилота управлялся накручиванием канатов на барабаны и раскручиванием их.
ОРHИТОПТЕР
На рисунке не планер, управляемый пилотом, а интересный «гибрид» . Летчик висит вертикально в центре аппарата, кончики крыльев имеют соединения, контролирующие машину, а жесткая конструкция поддерживает ее.
ОРHИТОПТЕР С ПРУЖИHHЫМ ПРИВОДОМ
Будучи убежденным, что невозможно управлять таким аппаратом при помощи только силы человеческих мышц, Леонардо дал альтернативные решения. Например, им был спроектирован аппарат с пусковым пружинным устройством, передающим свою энергию крыльям “ornitottero” (в данном случае — вертикального) в момент распрямления пружины. В детальной проработке слева Леонардо изобразил устройство, аналогичное тем, что он использовал в своем “автомобиле” и в некоторых часовых механизмах. Данная система теоретически настолько опережала свое время, что даже получила название «Аэроплан Леонардо». На практике она оказалась несовершенной из-за необходимости быстрого раскручивания пружины и трудностей при ее обратном сматывании во время полета.
ПАРАШЮТ
Если у человека есть тент из плотной ткани, каждая из сторон которого составляет 12 длин руки, и высота — 12, то он может прыгнуть, не разбившись, с любой значительной высоты“.
ПОЛЕТ ПТИЦЫ
Благодаря систематическим исследованиям полета птицы, Леонардо решил заменить полет при помощи машущих крыльев планирующим полетом. Около 1505 г. была закончена его книга “Сodice sul Volo degli Uccelli” (в настоящее время она находится в Турине, в бывшей Королевской библиотеке). Данные рисунки — из этой книги.
ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕHИЯ СКОРОСТИ ВЕТРА
Существовал и другой вид анемометра. Он был сделан из конусообразных трубок и применялся для того, чтобы установить, пропорционален ли ветер, поворачивающий колесо, воздухозаборному отверстию в конусе, учитывая идентичную интенсивность ветра.
СИСТЕМА ОТТЯЖЕК РЫЧАГОВ И СОЕДИHЕHИЙ
Леонардо считал, крылья могут подниматься и опускаться системой канатов и блоков, приводимой в движение ногами пилота, вдетыми в стремена, и его руками, управляющими рукоятками. Поднимаясь и опускаясь, крылья, также, сгибались и распрямлялись при помощи автоматической системы оттяжек, рычагов и соединений.
СПУСК HА ЗЕМЛЮ «СУХИМ ЛИСТКОМ»
Человек повернется направо, если согнет правую руку и вытянет левую; меняя эти движения, он будет поворачиваться справа налево”.
Источник: http://skybox.org.ua/letatelnye-apparaty-leonardo-da-vinchi
Полет фантазии 15 века привел к современному воздухоплаванию
Человечество всегда мечтало летать. Полет может быть для нас сейчас нормой, благодаря усилиям многочисленных инженеров и ученых, но в 15 веке он существовал только в мифах, таких как Дедал и Икар, что не было так обнадеживающе, если подумать.
В то время один ученый и инженер был очарован природой и обладал умением решать проблемы, способным сочетать искусство и науку. Он посмотрел на полет с другой точки зрения и понял, что он должен поддаваться математическому описанию. Это, если его правильно понять, можно применить, чтобы заставить людей летать. Этим ученым и инженером был Леонардо да Винчи.
Помимо своей широко известной исключительной широты и глубины таланта, Леонардо отличался тем, что он сочетал свои знания в ряде научных дисциплин со своими творческими способностями к решению проблем и применял их для проектирования объектов, которые в некоторых случаях были столетиями. опередил свое время.
Эти проекты включали эскизы таких конструкций, как военный танк, парашют, подводное дыхательное оборудование и робот-рыцарь. Немногие из них были построены — или, по правде говоря, могли быть построены в его время — но они предлагают захватывающий взгляд на науку и технику. Во многих случаях эти проекты были вдохновлены его наблюдениями за миром природы.
Эскиз вертолета Леонардо да Винчи.
Викисклад
Леонардо, похоже, проявлял особый интерес к полетам, и некоторые из его работ были сосредоточены на измерении силы ветра и разработке летательных аппаратов. К сожалению, сумма знаний об аэродинамике была довольно ограниченной до гораздо более позднего времени. Аристотель заметил в 4 веке до нашей эры, что более тяжелые объекты должны падать в среде намного быстрее, чем легкие объекты (хотя есть некоторые споры по поводу его описания скорости), и, возможно, развил точку зрения, что воздух можно рассматривать как очень легкая жидкость. Филопон в VI веке в своей «Теории импульса» отмечал, что объект, движущийся в жидкости, должен иметь некоторое сопротивление или силу со стороны жидкости, которая движется вокруг объекта. Но, похоже, нет единого мнения по какой-либо теории полета, за исключением того, что она может включать взмахи больших крыльев, прикрепленных к человеку.
Около 1481 года Леонардо нарисовал подробные эскизы водоподъемного устройства с использованием винта Архимеда. Возможно, отмечая эффект винта в движущихся жидкостях и зная, что сам воздух ведет себя как легкая жидкость, в 1489 году он представил то, что мы можем признать сегодня машиной, предназначенной для работы наподобие вертолета. Используя принцип винта Архимеда в вертикальной ориентации, он разработал «воздушный винт». Это был ротор в форме спирали диаметром примерно четыре метра. Он предложил, чтобы винт был сделан с каркасом из камыша, поддерживающим запаянное крахмалом льняное покрытие, поддерживаемое проволокой. В своих заметках он объясняет, что машина будет работать так, как если бы она была винтом, пронизывающим воздух, и поэтому при вращении создавала бы подъемную силу.
Леонардо записал большую часть своей работы в заметки, собранные в фолианты. На рисунках в фолио воздушного винта (известного как Рукопись B, лист 83v) показаны четыре рычага, которые нужно нажимать, чтобы вращать винт вокруг вертикальной оси. Эти рычаги предполагают, что четыре человека потребуются для производства требуемой мощности, но четыре человека не могут производить мощность, достаточную для полета таким образом.
В нем также не учитывалась проблема реакции крутящего момента, когда в полете крутящий момент, создаваемый людьми, приводил бы во вращение их платформу, а также сам винт. Трудно представить, чтобы кто-то с таким пониманием окружающего мира, как Леонардо, упустил это из виду — возможно, он хотел, чтобы люди использовались для создания энергии, хранящейся в устройстве в закрученной пружине, возможно, чтобы посмотреть, не выдержит ли сам винт. летать без веса человеческих «двигателей».
Птичий мозг?
Модель планера Леонардо да Винчи на выставке в Ханчжоу, Китай, 2010 год.
АООС/Ву Хун
Как и другие инженеры того времени, Леонардо также изучал полет птиц. В 1505 году он опубликовал свой Кодекс о полете птиц, отметив форму крыла птицы в полете и связав идею давления воздуха с полетом и распределением веса. Он рассматривал воздух как жидкость, сопротивляющуюся полету, и выдвинул идею о том, что птицы летают, взмахивая крыльями и «уплотняя» воздух под крыльями.
Используя эту концепцию взмахов крыльев для создания давления в воздухе, он разработал конструкцию «орнитоптера» — летательного аппарата, который достигает полета, взмахивая крыльями. Как и в случае с воздушным винтом, он должен быть приведен в действие человеком, и, к сожалению, у нас просто недостаточно мышечной силы, чтобы летать руками, как птица.
Где Икар, когда он так нужен? Эскизы Леонардо для летательного аппарата «орнитоптер».
Викисклад
Благодаря работе сэра Джорджа Кейли сам полет, управляемый человеком, должен был подождать еще 348 лет. Он также изучал полет птиц, провел исследования, чтобы правильно определить аэродинамические силы и, следовательно, устранить связь между тягой и взмахами крыльев, спроектировав то, что мы сегодня признали бы самолетом. Его планер успешно летал в управляемом полете в 1853 году, а его работа позже была признана братьями Райт. Как и Леонардо, Кейли был плодовитым изобретателем и отвечал за колеса со спицами, самовосстанавливающиеся спасательные шлюпки, гусеницы для автомобилей, ремни безопасности и многое другое.
Реплика планера, разработанного сэром Джорджем Кейли (1173–1857), одним из пионеров полетов.
Найджел Коутс через Wikimedia Commons, CC BY-SA
Искусство и наука встречаются
Современный инженер-аэродинамик, решающий задачу, аналогичную воздушному винту Леонардо, будет иметь в своем распоряжении впечатляющий набор методов, инструментов и теории. Совокупные знания об исследованиях аэродинамики за последние несколько столетий и вспомогательные математические методы, конечно, дают нам гораздо больше информации, чем та, что была доступна Леонардо.
Программное обеспечение Computational Fluid Dynamics позволяет нам понимать и исследовать поток жидкости и силы, а методы анализа методом конечных элементов позволяют оптимизировать конструкции для достижения минимального веса. Это позволяет нам свести к минимуму вредное сопротивление при максимальной полезной подъемной силе и создать легкие конструкции, требующие меньше энергии для перемещения.
Но наш современный инженер и Леонардо имеют много общего в инженерном процессе. У обоих есть сложные проблемы, которые нужно решить. Есть неизвестные значения, которые необходимо определить либо с помощью физического эксперимента, либо с помощью математического моделирования.
Окончательная конструкция должна быть описана в техническом чертеже, чтобы упростить ее понимание и изготовление. Кроме того, если это коммерческий продукт, он должен иметь эстетическую привлекательность. Это представляет собой реальную проблему для современного инженера-специалиста, который может не обязательно обладать такими же превосходными художественными талантами, как у Леонардо.
Именно здесь искусство и наука смешиваются, чтобы создать артефакт, который должен работать, но выглядеть привлекательно для клиентов. Здесь, пожалуй, Леонардо имел преимущество перед нашим современным инженером-специалистом.
Летающие машины? 5 дизайнов да Винчи, которые опередили свое время
Вероятно, у большинства людей Леонардо да Винчи ассоциируется с его великими произведениями искусства, такими как «Мона Лиза» и «Тайная вечеря», но этот человек эпохи Возрождения был не просто великим художником — он был также вдохновенным изобретателем.
Да Винчи зарисовывал свои идеи в блокнотах, многие из которых сохранились с момента его смерти в 1519 году. И хотя нет никаких свидетельств того, что какие-либо приспособления да Винчи были созданы при его жизни, эти наброски показывают, что некоторые из его идей были революционными. .
От роботов-гуманоидов до пулеметов — вот пять изобретений да Винчи, которые действительно опередили свое время. [5 вещей, которые вы, вероятно, не знали о Леонардо да Винчи]
Крылья знаменитого летательного аппарата да Винчи были вдохновлены крыльями летучей мыши. (Изображение предоставлено Wikimedia Commons)
Летающая машина
Сотни записей в дневнике да Винчи о полетах людей и птиц позволяют предположить, что он мечтал парить в воздухе, как птица. На самом деле, его проекты так называемого летательного аппарата — тщательно набросанные в блокнотах — были смоделированы по анатомии птиц и летучих мышей.
В конструкции Да Винчи была пара огромных крыльев, соединенных с деревянной рамой, внутри которой бесстрашный пилот мог лежать лицом вниз и двигать крылья вверх и вниз, поворачивая рукоятку, которая перемещала ряд стержней и шкивов. К сожалению, да Винчи так и не построил устройство, но даже если бы он это сделал, оно, вероятно, не имело бы успеха. У машины не было двигателя, поэтому непонятно, как она оторвется от земли. И даже если бы да Винчи сбросил свою машину с высокой скалы, маловероятно, что он вернулся бы на Землю целым и невредимым.
Миру придется ждать еще около 400 лет, пока не появится машина, которая действительно сможет летать. Только в 1903 году братья Уилбур и Орвилл Райт совершили свой первый успешный полет на самолете с двигателем.
Этот проект бронированной колесницы был представлен герцогу Миланскому в качестве предполагаемой защиты от французов. (Изображение предоставлено Леонардо да Винчи через Стэнфордский университет)
Броневик
Большинство людей знают да Винчи как автора «Моны Лизы», «Тайной вечери» и других великих произведений искусства. Но что часто упускается из виду на уроках истории, так это тот факт, что у да Винчи была и более воинственная сторона. Одним из его самых богатых покровителей был Людовико Сфорца, в то время герцог Миланский, которому в конце 15 века было поручено защищать свое итальянское государство от вторжения французской армии.
Чтобы добиться благосклонности Сфорца, да Винчи разработал ряд военных инструментов, в том числе бронированный автомобиль, который можно было использовать, чтобы помешать противнику в бою. Изобретение состояло из повозки, приводимой в движение рабочей силой и покрытой металлическими листами. Прорези в металле позволяли итальянским солдатам стрелять из своего оружия, не попадая под вражеский огонь.
Как и его летательный аппарат, бронированный автомобиль да Винчи так и не был построен. И только 400 лет спустя, во время Первой мировой войны, бронированные танки стали неотъемлемой частью европейских полей сражений.
Гидрокостюм Да Винчи был полностью сделан из кожи и имел воздушный карман и дополнительное место для подводных инструментов. (Изображение предоставлено Wikimedia Commons)
Водолазный костюм
Да Винчи не был первым изобретателем, который разработал костюм, позволяющий людям «дышать» под водой. Однако водолазный костюм художника определенно был одним из наиболее продуманных дизайнов. Сделанный почти полностью из кожи, его костюм состоял из куртки, штанов и маски со стеклянными очками. Согласно его записям, воздух мог храниться в выпуклости на кожаной куртке, чтобы можно было дышать под водой.
Костюм также имел контейнер для хранения мочи (да Винчи думал, что дайвер сможет оставаться под водой довольно долго), а также различные карманы для необходимых подводных инструментов, таких как нож и рог, чтобы дуть в сигнал конец миссии.
Только в середине 20-го века знаменитый изобретатель и исследователь Жак Кусто и инженер Эмиль Ганьян изобрели Aqua Lung, или современный гидрокостюм.
Этот орган с 33 стволами, или пистолет, был еще одним изобретением да Винчи, которое так и не было построено. (Изображение предоставлено Леонардо да Винчи через Leonardodavinci.net)
Пулемет
Правильно: тот же человек, который нарисовал «Тайную вечерю», разработал оружие, которое хоть чем-то напоминает современный пулемет. Конструкция Да Винчи для 33-ствольной пушки, также называемой органом, состояла из 33 небольших пушек, установленных на вращающейся раме. Наводчик мог выстрелить первым выстрелом из оружия, а затем почти сразу повернуть раму, чтобы выстрелить следующим выстрелом. Затем солдаты могли зарядить этот второй снаряд, выстрелить из него, а затем перейти к третьему снаряду. [7 технологий, изменивших военные действия]
Хотя система не была автоматической, она, вероятно, была бы усовершенствованием артиллерии эпохи Возрождения. Однако пушка так и не была построена. Только в 1862 году, во время Гражданской войны в США, скорострельное оружие — пулемет Гатлинга — успешно применялось в бою.
Дизайн робота-рыцаря да Винчи был основан на анатомии человека. За свою жизнь Леонардо нарисовал множество набросков, подобных этому, изображающих мышцы и сухожилия верхней части тела. (Изображение предоставлено Леонардо да Винчи через Leonardodavinci.net)
Робот-гуманоид
Многие изобретения да Винчи опередили его время, но его проекты гуманоидного робота были поистине футуристическими. Под покровительством Сфорца да Винчи изобрел «рыцаря-робота», который мог махать руками, двигать шеей и даже открывать и закрывать рот. Эта странная кукла управлялась извне с помощью тросов, приводимых в действие рукояткой, а также с помощью внутреннего механизма с шестеренчатым приводом.
Примерно через 450 лет после того, как да Винчи сконструировал своего рыцаря-робота, его подробные наброски изобретения были обнаружены заново. А в начале 21 века один робототехник взял страницу из этих заметок при разработке антропоморфного робота для современной эпохи. Марк Росхейм, робототехник, создававший робототехнические системы для НАСА и Lockheed Martin, в 2002 году построил рабочую модель робота-рыцаря да Винчи.0003
Подпишитесь на Элизабет Палермо @ techEpalermo . Подписывайтесь на Live Science @livescience , Facebook и Google+ . Оригинальная статья о живой науке.
Элизабет — помощник редактора Live Science, пишет о науке и технологиях. Она получила степень бакалавра искусств в Университете Джорджа Вашингтона. Элизабет путешествовала по Америке, изучая политические системы и культуры коренных народов, а также обучая английскому языку учащихся всех возрастов.
Аэродинамика да Винчи
Леонардо да Винчи, один из самых творческих гениев эпохи Возрождения, имел непреходящую страсть к полетам в период с 1488 по 1514 год, когда Колумб открыл Америку. Его одержимость побудила его написать сборник рукописей с более чем 500 набросками на эту тему. Многие из его идей были предшественниками современного самолета.
Его самыми известными конструкциями летательных аппаратов были орнитоптеры, или машины, которые должны были приводиться в движение человеком, взмахивая крыльями, как у летучей мыши, как птица.
В одном из самых известных его проектов человек ложится лицом вниз на корпус машины и машет крыльями, качая ногами стремена, как в современных самолетах с педальным приводом.
Как и братья Райт, да Винчи основывал свои идеи на изучении полета птиц. Он заметил, что: «Птица — это инструмент, работающий по математическому закону, инструмент, который в силах человека воспроизвести со всеми его движениями».
В его утверждении подразумевается, что да Винчи искал управляющие законы, благодаря которым возможен полет птиц. Зная эти законы, он мог затем использовать их для проектирования машины.
Он был первым, кто понял механику полета птиц. Из своих наблюдений он пришел к выводу, что взмахи крыльев птицы вверх-вниз не сильно способствовали подъему. Всплески крыльев создавали тягу для движения.
Да Винчи был первым, кто рассмотрел научную концепцию подъемной силы, силы, которая позволяет летательным аппаратам летать.
Его первоначальная концепция подъемной силы была неверной. Он думал, что область воздуха с высоким давлением и высокой плотностью образовалась под подъемной поверхностью, которая, в свою очередь, воздействовала на эту поверхность восходящей силой.
Позже он изменил свои представления о подъемной силе на правильную современную концепцию, согласно которой подъемная сила создается главным образом потому, что давление на верхнюю часть крыла меньше, чем давление на нижнюю часть крыла при обтекании его воздухом.
Он изобрел первый барометр и анемометр для своих исследований.
Да Винчи также сделал правильный вывод о том, что летательный аппарат может иметь фиксированные крылья и отдельный механизм для движения, совершенно современная идея.
Кроме того, он понял явление сопротивления, сопротивления, которое испытывает тело при движении в воздухе. Он постулировал, что и подъемная сила, и сопротивление пропорциональны площади поверхности тела и скорости ветра над телом.
Он был частично прав насчет отношений. Функция скорости на самом деле представляет собой «скорость в квадрате».
Кроме того, он понял, что обтекаемая форма тела уменьшит сопротивление. В связи с этим он сказал, что обтекаемая форма рыб помогает им маневрировать в воде.
Его зарисовки различных моделей обтекания тела воздухом представляют собой первое качественное понимание экспериментальной аэродинамики.
Да Винчи был первым, кто понял, что при изучении течения воздуха над телом не имеет значения, движется ли тело через неподвижный воздух или воздух движется над неподвижным телом до тех пор, пока относительное скорость была одинаковой в обоих случаях. Это понимание послужило основой для использования аэродинамических труб в качестве инструмента для изучения аэродинамики.
Безопасность пилота была заботой да Винчи. Он изобрел первый парашют, используя модель воздушного змея. Воздушный змей — это старая технология, изобретенная в Китае около 1000 г. до н.э.
Очевидно, что да Винчи внес значительный вклад в развитие аэродинамики. К сожалению, после его смерти в 1519 году его вклады не были доступны для использования другими до девятнадцатого и двадцатого веков. К тому времени было слишком поздно что-то добавлять к тому, что открыли другие.
Проблема была в том, что он никогда не публиковал свои работы, не конструировал и не летал ни на одной из своих машин. Все его идеи были в его заметках, и их было трудно интерпретировать, потому что он писал в обратной зеркальной манере. После его смерти записи были рассеяны и практически утеряны из виду. Большинство людей знают о нем по его знаменитым картинам «Тайная вечеря» и «Мона Лиза».