Žmonės ne šiaip sugalvojo išmokti skraidyti. Jie tūkstančius metų su pavydu stebėjo paukščius, svajodami lygiai taip pat elegantiškai pakilti ir nuskristi. Ir mes jau skraidome, bet ne kaip paukščiai.
Įprasto lėktuvo sparnai generuoja keliamąją jėgą, stabilizuoja orlaivį ir turi valdymo paviršius. Sparnai nestumia lėktuvo pirmyn, todėl žmonių išrastų mašinų ir paukščių skrydis yra visiškai kitoks. Yra orlaivių, kurie suderina keliamosios jėgos generavimo ir judėjimo funkcijas – sraigtasparniai ir autožyrai, vaizdžiai tariant, turi besisukančius sparnus. Bet tai vis tiek neprimena paukščio skrydžio. Paukščių sparnai nesisuka – jie plasnoja.
Žmogus niekaip negalėtų būti toks stiprus, kad rankomis išjudintų sparnus, kurie galėtų jį iškelti. Bet jau ne be papildomų mechanizmų. Kitaip tariant, žmogaus svoriui reikia tokių didelių sparnų, kokiais tas žmogus negalėtų pats plasnoti – rankų sparnais nepaversi. Tai suprato pats Leonardo da Vincis, kuris 1485 metais pradėjo tyrinėti paukščius. Jis nubraižė plasnojančio žmogaus jėga varomo orlaivio eskizus, bet jo gamybos niekada nesiėmė.
Tačiau plasnojantis orlaivis, vadinamas ornitopteriu, yra įmanomas. Tai buvo suprasta gana anksti – 19 amžiaus pabaigoje prancūzai pagamino net kelis mažus ornitopterių modelius. Victoro Tatino gumos įtempimo jėga varomas ornitopteris buvo toks sėkmingas, kad, kaip manoma, 1889 metais žaislų kūrėjas Pichancourt jo pagrindu vaikams sukūrė mažą skraidantį modeliuką L’Oiseau Mechanique. 1890 metais pakilęs Gustaveo Trouvé sukurtas modelis buvo žymiai didesnis ir turėjo savotišką paraku varomą variklį – pirmojo skrydžio metu jis nuplasnojo apie 80 metrų.
Daugybė inžinierių 19 amžiuje visoje Europoje tobulino ornitopterius. Daug kam atrodė, kad tai – realistiškiausias būdas žmogui pakilti skrydžiui. Populiarėjantys vidaus degimo varikliai tarsi išsprendė tą žmogaus svorio ir raumenų jėgos santykio problemą. Net ir mažas variklis gali plasnoti dideliais sparnais. Anglas Edwardas Purkis Frostas 19 amžiaus pabaigoje kūrė karu garomus ornitopterių modelius, o 20 amžiaus pradžioje pagamino ir didelį orlaivį su vidaus degimo varikliu. Jis buvo pakankamai didelis, kad juo galėtų pakilti žmogus, bet Frostas tam nesiryžo.
Iš tikrųjų, prieš pirmąjį brolių Wrightų skrydį 1903 metais, buvo daug ekstravagantiškų ir dažnai neapskaičiuotų plasnojančių skraidyklių, kurios tiesiog nepasiteisino. Kai kurie vis bandė savo rankų jėga plasnodami pakilti, kiti naudojo variklius, bet daugumai nieko iš to neišėjo. Vokiečių aviacijos pionierius Karlas Wilhelmas Otto Lilienthalis 1894 metais išgarsėjo savo sklandytuvais ir tuo pačiu tyrinėjo paukščių sparnus. Jis plasnojo bandydamas pailginti ore praleidžiamą laiką, bet tikras skrydis nuo sklendimo labai skiriasi. Lilienthalis žuvo po poros metų taip ir nepasistūmėjęs ortinopterio tyrimuose.
Rygoje gimęs vokietis Erichas von Holstas, kuris šiaip buvo psichologas, ketvirtajame dešimtmetyje irgi tyrinėjo paukščių biomechaniką ir kūrė mažus plasnojančių orlaivių modelius. Venas iš įdomesnių jo pasiekimų – gumos tempimo jėga varomi modeliai, kurie sparnus kėlė sulenktus, visai kaip paukščiai.
Kiekvienas toks žingsnis, kuris dabar galbūt atrodo nesėkmingas, artino prie tikro veikiančio ornitopterio sukūrimo. Ir galiausiai tai buvo pasiekta.
Žmogaus skrydis plasnojant
Vokiečių inžinierius Alexanderis Lippischas yra laikomas tikro žmogų pakeliančio ir skrydį išlaikančio (tai yra, ne šiaip sklendžiančio) ornitopterio išradėju. 1929 metais Lippischas pakilo savo jėga varomu ornitopteriu ir nuskrido maždaug 250-300 metrų. Savo jėga? Taip, bet ne plasnodamas, kaip paukštis. Jis mynė mechanizmą, kuris judino sparnus. Be to, Lippischas pakilo tempiamas, tačiau pats išradėjas tvirtino, kad skrido, o ne sklendė, nes išsilaikė ore pakankamai ilgą laiką ir palaikė skrydžio aukštį. Ilgiau skristi jis negalėjo, nes neturėjo tiek ištvermės. Vėlesni jo modeliai su vidaus degimo varikliais galėjo skristi šiek tiek ilgiau, tarsi patvirtindami, kad tas lėktuvas skrido, tiesiog turėjo trumpą įveikiamą atstumą.
1937 metais prancūzas René Riout užbaigė savo Riout 102T Alérion. Išradėjas savo ornitopterio koncepciją tobulino daugiau nei tris dešimtmečius (na, su pertrauka per Pirmąjį pasaulinį karą) ir Riout 102T Alérion laikomas tikriausiai geriausiu tokio tipo orlaivio dizainu 20 amžiuje. Kaip ir Lippischo ornitopteris, Alérion savo forma labiau primena laumžirgį, o ne paukštį, bet esmė ta pati – jis turėjo skristi plasnodamas. Riout 102T Alérion turėjo metalinį rėmą, aptraukta standžia drobe. Sparnus judino 56 kW dviejų cilindrų variklis.
Riout 102T Alérion buvo labai gerai apgalvotas lėktuvas. Jis netgi turėjo pakeliamą, fiuzeliaže paslepiamą važiuoklę, o sparnų judesiai buvo optimizuoti taip, kad lėktuvas stumtųsi pirmyn ir aukštyn naudodamas kiek įmanoma mažiau energijos ir galėtų sklęsti. Tačiau jam pakilti nebuvo lemta – Riout 102T Alérion buvo sulaužytas per bandymus vėjo tunelyje.
1942 metais vokiečių inžinierius Adalbertas Schmidas pakilo savo kūrybos ornitopteriu. Vėlgi, jis buvo patemptas, kad atsiplėštų nuo žemės, bet tada nuskrido net 900 metrų. Su 2,2 kW motociklo varikliu tas lėktuvas galėjo skristi net 15 minučių.
Schmidas skrido tikru ornitopteriu, tai yra nepaneigiama. Bet kažkokie labai rimti bandymai tuo metu buvo neįmanomi, nes tokie plasnojantys lėktuvai Antrojo pasaulinio karo metu buvo nereikalingi ir jiems didelis dėmesys nebuvo skiriamas. Jau po karo, 1947 metais, Schmidas iš sklandytuvo pagamino ornitopterį su 7,5 kW varikliu, bet jis, panašu, nebuvo labai sėkmingas ar įsimintinas.
Vienas-kitas inžinierius vis bandė plasnojančius lėktuvus, tačiau tie ankstyvieji 20 amžiaus bandymai ilgą laiką išliko sėkmingiausi. Tačiau 2006 metais prancūzas Yves Rousseau savo jėga varomu lėktuvu nuskrido 64 metrus. Tai buvo jo 212-asis skrydžio bandymas. 213-asis baigėsi skaudžia avarija, po kurios Rousseau visam likusiam gyvenimui liko neįgalus.
2010 metais kanadietis Toddas Reichertas iš Toronto universiteto su automobilio pagalba pakilo plasnojančiu žmogaus jėga varomu Snowbird ir 20 sekundžių skrido. Tas lėktuvas, beje, sveria vos 42 kilogramus, nors atstumas tarp sparnų galų siekia net 32 metrus.
Kodėl plasnojantis lėktuvas yra prasta idėja?
Kodėl žmonės skraido naudodami įvairius besisukančius ar karštomis dujomis bezdančius agregatus, kai paukščiai taip gražiai plasnoja? Atsakymas paprastas – jei galėtų, paukščiai turbūt irgi naudotų propelerius.
Pagrindinė sparnų bėda yra ta, kad jie darbą atlieka tik kas antrame judesyje – kirsdami žemyn. Kai sparnas moja aukštyn, kad pasiruoštų orlaivio (arba paukščio, šikšnosparnio ar vabzdžio) skrydžiui suteikti papildomą impulsą, jis tiesiog švaisto energiją ir kuria papildomą oro pasipriešinimą. Paukščiai moka plasnoti taip, kad aukštyn kylantis sparnas būtų sulenktas ir todėl aptakesnis – mums atkartoti tokį biologinį mechanizmą yra labai sunku.
Jūs patys esate susidūrę su šiuo efektu. Pavyzdžiui, kai irkluojate valtį, tik kas antras judesys suteikia impulsą judėti pirmyn. Skirtumas tas, kad irklais galima užsimoti juos iškėlus iš vandens, taip sumažinant pasipriešinimą ir energijos nuostolius. Sparnų iš oro niekaip nepatrauksi. Nuolatinis darbo atlikimas yra tiesiog geresnė išeitis. Štai propeleris ar laivo sraigtas (kuris visada yra gale) nuolat generuoja srautus, nėra takto, kai energija tik švaistoma ruošiantis kitam postūmiui.
Be to, sparnai yra sunkūs – daug sunkesni už, pavyzdžiui, propelerį. Jų išjudinimui reikia nemažai energijos – nieko keisto, kad dauguma žmogaus jėga varytų ornitopterių negalėjo pakilti savarankiškai. Sparnuose taip pat dažniausiai yra valdymo paviršiai – kai sparnai juda aukštyn-žemyn, lėktuvo valdymą tenka patikėti kitiems, daug sudėtingesniems mechanizmams. Paukščių sparnai ne šiaip juda aukštyn-žemyn – jie ir kraiposi, sukiojasi, dirba asimetriškai, kad gyvūnas galėtų greitai keisti judėjimo kryptį. Atkartoti tai mechaninėje sistemoje būtų labai sudėtinga, todėl ornitopteriams reikia labai daug energijos ir jie yra sunkiai valdomi. Bet tai ne vienintelės ornitopterių bėdos.
Sparnai laiko lėktuvą ore, todėl jų judesiai neišvengiamai perduodami į fiuzeliažą. Jei sparnai juda aukštyn-žemyn, tai ir fiuzeliažas kilnosis – pabandykite jame neapsivemti. Dėl to daug plasnuoklių turėjo po dvi sparnų poras, kad jos pakaitomis judėtų aukštyn-žemyn ir taip tarsi neutralizuotų savo poveikį fiuzeliažui (panašiai kaip priešsukiniai propeleriai) ir nebūtų laiko, kai lėktuvas nėra keliamas. Bet visų tų į visas puses tempiančių jėgų panaikinti nepavyksta, todėl plasnojantis lėktuvas vis tiek būtų nepatogus.
Taigi, ornitopteriai yra labai neefektyvūs, sunkiai valdomi ir nepatogūs. Šalia to dar reikia pridėti ir mechaninį sudėtingumą bei nepatikimumą – tokie didelių sparnų mojai anksčiau ar vėliau ką nors katastrofiškai sudėvės. Prisiminkite, kad tais pačiais laikais, kai ornitopterių kūrėjai džiaugėsi nuskridę kelis šimtus metrų, jau skraidė naikintuvai. Jų pasiekimai 19 amžiaus pabaigoje atrodytų įspūdingai, bet 20 amžiuje aviacija jau buvo pasistūmėjusi taip, kad geriausių ornitopterių galimybės atrodė labai kukliai. Minėtas Alexanderas Lippischas sukūrė raketa varomą naikintuvą Messerschmitt Me 163 Komet, kuris pirmam skrydžiui pakilo 1941 metais ir netrukus tapo pirmuoju lėktuvu viršijusiu 1000 km/val. greitį. Tuo metu ornitopteriai stengėsi tiesiog išsilaikyti ore.
Bet tai nereiškia, kad ornitopteriai yra niekam nereikalinga, nefunkcionali idėja. Mokslininkai naudoja mažus plasnojančius dronus gamtos stebėjimams ar net nykstančių paukščių priežiūrai. Plasnojantys dronai gali apsimesti tikrais paukščiais. Tai gali praversti ir karinėje žvalgyboje, ir baidant paukščius iš oro uostų, ir stumiant nykstančius gyvūnus toliau nuo greitkelių.
