הגאונות של לאונרדו דה וינצ'י. מנגנונים. מטוסים

דיוקן עצמי. 1512.

ליאונרדו דה וינצ'י (1452-1519) - אחד מהטיטאנים של הרנסנס, צייר, פסל, אדריכל, מדען ומהנדס איטלקי. מדען ניסיוני בלתי נלאה ואמן מבריק, ליאונרדו דה וינצ'י נשאר בהיסטוריה כסמל לעידן ש"צריך טיטאנים ו... הוליד טיטאנים בחוזק מחשבה, תשוקה ואופי, בגיוון ולמידה".

טיסה מלאכותית הייתה בעיה שהעסיקה ללא הרף את דמיונו של לאונרדו: הוא עבד על פתרונה במשך כעשרים וחמש שנים. הוא ניגש אליו, כפי שעשה את משימותיו האחרות, בהנחיית כלל מסוים, שנשמע כמו תנאי מוקדם לכל מה שהוא עשה: "למרות שכושר ההמצאה האנושי מסוגל להמציא דברים רבים... אך הוא לעולם לא ייצור חפץ יפה יותר, פשוט ונכון יותר מה שהטבע יוצר, כי בהמצאותיה אין שום דבר מיותר, שום דבר לא חסר (אי אפשר להוסיף כלום, אי אפשר לקחת כלום)." לרוע מזלו של ליאונרדו, סוד הכוח המניע נותר נסתר ממנו לנצח, ולכן מאמציו המדוקדקים לחקות את מעוף הציפורים עלו בתוהו. הוא התמקד בעיקר בתכנון מכונות. לפעמים האובססיה שלו לרעיון לקחה אותו לקיצוניות: למשל, הוא צייר עיצוב של מכונה עם זוג דוושות וגוף כדורי (למטה משמאל). עם זאת, חלק מהעיצובים שלו פשוט מבריקים. ללא ספק, המצנח הפירמידי מוצלח ביותר, ויתכן מאוד שזה היה ליאונרדו שהמציא אותו לראשונה.
בשנים האחרונות לחייו הוא צייר מעט, אך היה מעורב באופן פעיל בתחומי פעילות אחרים, והתמסר לניסויים מדעיים ולתצפיות מדוקדקות בטבע. חלק לא מבוטל מיומניו ורישומיו, שחלקם שמורים בספרייה המלכותית בווינדזור, מעידים על מוח המחקר הייחודי שלו ואינטלקט יוצא הדופן שלו. לאונרדו לא היה חוקר הומניסטי ונראה שהתעניין מעט בספרות ובתרבות הקלאסית. כתוצאה מכך, הוא לא היה הומניסט טיפוסי, אבל הוא זכה למוניטין עצום במהלך חייו והוכיח בצורה משכנעת שהאמן הוא הוגה דעות ולא בעל מלאכה.

בהמשך תכירו את הרישומים (וההערות אליהם) של לאונרדו דה וינצ'י המבריק.
לאונרדו דה וינצ'י היה משוכנע ש"אדם שמתגבר על התנגדות אוויר בעזרת כנפיים מלאכותיות גדולות יכול לעלות לאוויר".
משוכנע שהוא צודק, הוא החל לפתח מנגנון המונע רק מכוח השרירים של אדם, ומאפשר לו לרחף באוויר כמו ציפור. ישנם רישומים רבים של "אורניטוטרי" כאלה שהמציא לאונרדו. חלקם מתארים אדם שוכב, העומד להמריא בעזרת מנגנונים המחוברים לכנפיים; אחרים מונעים קדימה על ידי מערכת מתקדמת יותר של ברגים וגלגלות. יש גם ציורים של אדם הממוקם אנכית בספינה מעופפת, שעל הדוושות שלה הוא לחץ בידיו וברגליו.

כדי לעצב את כנפי ה"אורניטוטרי", לאונרדו חקר את האנטומיה של כנף ציפור, תוך התחשבות בתפקוד והתפוצה של נוצותיה. תוך כדי התבוננות במעוף הציפור, הבחין המדען שהיא מנפנפת בכנפיה אחרת כשהיא מרחפת באוויר, עפה קדימה או נוחתת. הוא התעניין גם בכנפיים קרומיות של עטלפים. בהתבסס על תצפיות אלו, לאונרדו עיצב כנפיים ענקיות שנועדו לא רק להרים אדם לאוויר, אלא גם לשמור אותו במעוף, הודות לגלגלים וצירים. הוא התכוון לחקות את האקרובטיקה האווירית של ציפורים, את יכולתן לחסוך באנרגיה בטיסה ובנחיתה במדויק. עד סוף המאה ה-15 לאונרדו היה משוכנע שהוא יכול לבצע את פרויקט הטיסה המכנית. עם זאת, הוא היה מודאג מהעובדה שהיכולות של השרירים האנושיים מוגבלות. לכן, הוא התכוון להשתמש במנגנון הקשת במקום אנרגיית שרירים, שתספק תנועה קדימה. עם זאת, החרטום לא פתר את בעיות האוטונומיה בטיסה המתעוררות כאשר הקפיץ מתפרק במהירות.

מ-1503 עד 1506 לאונרדו היה עסוק במחקר בטוסקנה. תנאי אטמוספירה, נוכחות או היעדרה של רוח ותופעות מטאורולוגיות ואווירודינמיות מתאימות אילצו אותו לנטוש את הרעיון הישן שלו על "מכשיר" המבוסס על ניפוף כנפיים, ולזהות "טיסה ללא תנועת כנפיים. ”

בהתבוננות כיצד עופות גדולים מאפשרים לזרמי אוויר לקלוט אותם ולשאת אותם באוויר, לאונרדו חשב לצייד אדם בכנפיים מורכבות גדולות שיאפשרו לו להיכנס לזרם אוויר מתאים בעזרת תנועות גוף פשוטות וללא מאמץ רב. . אדם יצוף בחופשיות עד שיפול ארצה כמו "עלה יבש".

מחקר שיטתי שבוצע על ידי לאונרדו בתחילת המאה ה-16 הוביל אותו לצורך לחקור את "איכות וצפיפות האוויר". לשם כך תכנן מכשירים הידרוסקופיים. לאונרדו הדגיש כי חוקי האווירודינמיקה דומים לחוקי ההידרוסטטיקה, כלומר מדע המים הוא תמונת מראה של מדע הרוח, "אשר (מדע הרוח) נציג דרך תנועת המים והמדע החשוב הזה. יהיה צעד קדימה בהבנה של מעוף ציפורים באוויר".

אורניתופטר מונע קפיצי משוכנע שאי אפשר לשלוט במכשיר כזה באמצעות הכוח של השרירים האנושיים בלבד, לאונרדו נתן פתרונות חלופיים. כך למשל, הוא עיצב מכשיר עם מכשיר התנעת קפיץ שמעביר את האנרגיה שלו לכנפי ה"אורניטוטרו" (במקרה זה אנכי) ברגע שהקפיץ מתיישר. בעבודה המפורטת משמאל תיאר ליאונרדו מכשיר דומה לאלו שבהם השתמש ב"מכונית" שלו ובכמה מנגנוני שעון. מערכת זו הקדימה באופן תיאורטי את זמנה, שהיא אפילו קיבלה את השם "המטוס של לאונרדו". בפועל, הוא התברר כלא מושלם בשל הצורך לפרוק במהירות את הקפיץ והקשיים בסיבובו לאחור במהלך הטיסה.

ירידה לקרקע עם "עלה יבש"
יפנה אדם ימינה אם יכפוף את זרועו הימנית ויושיט את שמאלו; על ידי שינוי התנועות הללו, הוא יפנה מימין לשמאל."

חלומו הנועז ביותר של לאונרדו הממציא, ללא ספק, היה מעוף אנושי.

אחת הסקיצות הראשונות (והמפורסמות ביותר) בנושא זה היא דיאגרמה של מכשיר שבזמננו נחשב לאב טיפוס של מסוק. לאונרדו הציע לייצר מדחף בקוטר של 5 מטר מפשתן דק ספוג בעמילן. היו צריכים להניע אותו ארבעה אנשים המסובבים ידיות במעגל. מומחים מודרניים טוענים שכוח השרירים של ארבעה אנשים לא יספיק כדי להרים את המכשיר הזה לאוויר (במיוחד מכיוון שגם אם יורם, מבנה זה יתחיל להסתובב סביב צירו), אולם אם, למשל, היה קפיץ חזק. בשימוש כ"מנוע", "מסוק" כזה יהיה מסוגל לעוף - אם כי לטווח קצר.

עד מהרה איבד לאונרדו עניין בכלי טיס מונעי מדחף והפנה את תשומת ליבו למנגנון הטיסה שפעל בהצלחה במשך מיליוני שנים - כנף הציפור. לאונרדו דה וינצ'י היה משוכנע ש"אדם שמתגבר על התנגדות אוויר בעזרת כנפיים מלאכותיות גדולות יכול לעלות לאוויר". משוכנע שהוא צודק, הוא החל לפתח מנגנון המונע רק מכוח השרירים של אדם, ומאפשר לו לרחף באוויר כמו ציפור. ישנם ציורים רבים של מטוס כזה שהומצא על ידי לאונרדו. חלקם מתארים אדם שוכב, העומד להמריא בעזרת מנגנונים המחוברים לכנפיים; אחרים מונעים קדימה על ידי מערכת מתקדמת יותר של ברגים וגלגלות. יש גם ציורים של אדם הממוקם אנכית בספינה מעופפת, שעל הדוושות שלה הוא לחץ בידיו וברגליו.

לאונרדו למד ותיאר בדיוק מדהים את מעוף הציפורים. הוא ידע שלחץ אוויר על המשטח התחתון של הכנפיים יוצר כוח שנקרא כעת עילוי; הוא חקר את האנטומיה של איברי הטיסה, התנגדות האוויר והתפקיד הדינמי של מרכז הכובד להנעה. הוא הגדיר את תוכנית המחקר כך: "אם אתה רוצה לדבר על דברים כאלה, אתה צריך קודם כל לקבוע את אופי התנגדות האוויר; בשני - מבנה הציפור והנוצות שלה; בשלישית - פעולת הנוצות הזו במהלך תנועות שונות; ברביעי, תפקיד הכנפיים והזנב". שיטה מודעת זו של מחקר מדעי היא הכשרון העיקרי של לאונרדו.

לאחר מחקר ממושך וקפדני של מעוף ציפורים, שאותו החל עוד במילאנו, לאונרדו תכנן, ואולי בנה, את הדגם הראשון של מכונת תעופה ב-1490. לדגם הזה היו כנפיים כמו עטלף, ובעזרתו, תוך שימוש במאמץ השרירי של הידיים והרגליים, אדם היה צריך לעוף. כעת אנו יודעים שבניסוח זה הבעיה אינה ניתנת לפתרון, מכיוון שאנרגיה שרירית אנושית אינה מספיקה לטיסה.

בין אם לאונרדו הבין זאת ובין אם לאו, כאשר חמש עשרה שנים מאוחר יותר, בזמן ששהה בפיסול, הוא שוב חזר ללימודי הטיסה, הוא כבר חשב על טיסה בעזרת הרוח, כלומר על טיסה דאייה, וציין בצדק שבזה במקרה פחות נדרש מאמץ כדי לשמור ולהתקדם באוויר. הוא פיתח עיצוב לרחפן שהיה מחובר לגב של אדם כדי שהאחרון יוכל להתאזן בטיסה. החלק הראשי והרחב ביותר של הכנפיים היה ללא תנועה, אך קצותיהן יכלו להתכופף בעזרת כבלים ולשנות את כיוון הטיסה.

הציור של המכשיר, שאותו תיאר לאונרדו עצמו כדלקמן, התברר כנבואי: "אם יש לך מספיק בד פשתן תפור לפירמידה עם בסיס של 12 יארד (כ-7 מ' 20 ס"מ), אז אתה יכול לקפוץ מכל גובה ללא כל נזק לגוף שלך."

המאסטר ערך את ההקלטה הזו בין 1483 ל-1486. כמה מאות שנים מאוחר יותר, מכשיר כזה נקרא "מצנח" (מהיוונית para - "נגד" ו"מצנח" הצרפתי - נפילה). את הירידות הצניחה הראשונות ביצעו הצרפתים - המהנדס ורנציו (מגג מגדל גבוה ב-1617) והכדור הפורח גארנרן (מכדור פורח ב-1797). הרעיון של ליאונרדו הובא למסקנה ההגיונית רק על ידי הממציא הרוסי קוטלניקוב, אשר ב-1911 יצר את מצנח החילוץ הראשון של התרמיל שהוצמד לגב הטייס.

כלי טיס לפי הציורים של ליאונרדו דה וינצ'י בזמננו:

המטוס של לאונרדו דה וינצ'י במשחקים:

אנשים חלמו לעלות לאוויר ולנסוק שם כמו ציפורים מאז ימי קדם. תצפיות על ציפורים העלו שבני אדם צריכים כנפיים כדי לעוף. המיתוס היווני העתיק של איקרוס ודדלוס מספר כיצד נבנה המטוס הראשון תוצרת בית - כנפיים עשויות מנוצות המוחזקות יחד עם שעווה. בעקבות הגיבורים המיתולוגיים, נועזים רבים פיתחו עיצובי כנפיים משלהם. אבל חלומותיהם לעלות לשמיים לא התגשמו באסון.

השלב הבא בניסיון להמציא מטוס עובד היה השימוש בכנפיים ניתנות להזזה. הם הופעלו בכוח הרגליים או הידיים שלהם, אבל הם רק מחאו כפיים ולא היו מסוגלים להרים את כל המבנה לשמים.

גם לאונרדו דה וינצ'י לא עמד מהצד. הפיתוח של לאונרדו של מטוסים עם כנפיים זזות המונעות על ידי כוחם של השרירים האנושיים ידוע. המטוס הראשון, שתוכנן על ידי המדען והממציא האיטלקי המבריק, נחשב לאב טיפוס של מסוק. לאונרדו צייר תרשים של מכשיר המצויד במדחף ענק העשוי מחומר פשתן ספוג בעמילן בקוטר של 5 מטרים.

על פי התוכנית של המעצב, ארבעה גברים נאלצו לסובב מנופים מיוחדים במעגל. מדענים מודרניים אומרים שכדי להפעיל את המבנה הזה, כוח השרירים של ארבעה אנשים לא הספיק. אבל אם ליאונרדו דה וינצ'י היה משתמש בקפיץ חזק כטריגר, המטוס שלו היה יכול לעשות טיסה קצרה אך אמיתית. דה וינצ'י לא הפסיק לפתח עיצובים לטיסות הוא עיצב מכשירים שיכולים לרחף בעזרתו, ובשנות ה-1480 הוא צייר ציור של מכשיר "לקפוץ מכל גובה מבלי לפגוע באדם". המכשיר המוצג בתמונה שונה מעט ממצנח מודרני.

לא משנה כמה זה נשמע מפתיע, המטוס הראשון שעלה לשמיים היה נטול כנפיים. בסוף המאה השמונה עשרה, האחים מונטגולפייר, הצרפתים ז'אק אטיין וג'וזף מישל, המציאו את הכדור פורח המגושם. מטוס זה, המלא באוויר חם, יכול היה להרים מטען או אנשים. בן ארצו של הממציאים, ז'אן פרנסואה פילטר דה רוזייה, עלה לשמיים בכדור פורח. וחודש לאחר מכן הוא ביצע את הטיסה החופשית הראשונה שלו בבלון יחד עם המרקיז ד'ארלנד. זה קרה ב-1783.

אנשים שהתרגשו מרצון הרוח התחילו לחשוב על טיסות מבוקרות. בשנת 1784, שנה בלבד לאחר הטיסה הראשונה בכדור פורח, הציג המתמטיקאי, הממציא והמהנדס הצבאי ז'אק מונייה עיצוב לספינת אוויר (פירוש המילה "ניתן לשליטה" בצרפתית). הוא המציא צורה מוארכת ויעיל לספינות אוויר, שיטה לחיבור גונדולה לבלון, ובלון בתוך הקונכייה כדי לפצות על דליפות גז. והכי חשוב, המטוס של מונייר היה מצויד במדחף, שכשהוא מסתובב, היה אמור לדחוף את המבנה קדימה.

אבל לא היה אפשר לממש את הרעיון המבריק של ז'אק מיוניה באותם ימים עדיין לא הומצא מדחף מתאים.

בכל מקרה, הודות לפיתוחים של מדענים של מאות השנים האחרונות ומטוסיהם תוצרת בית, התאפשר פיתוח והופעתם של מטוסים מהירים, מרווחים ואמינים.

"הסתכלו על הכנפיים, אשר פוגעות באוויר, תומכות את הנשר הכבד בגבהים הדקים ביותר של האוויר, ליד אלמנט האש, ותראו את האוויר הנע מעל הים, אשר פוגע במפרשים המנופחים, הופך את הטעונים. ריצת ספינה כבדה; בנימוקים כבדי משקל ואמינים אלה, תוכל להבין כיצד אדם, המתגבר על התנגדות האוויר הסובב בכנפיו הגדולות והמלאכותיות, מסוגל להתרומם בו."

-- C.A. 381 ו.א., מתוך כתביו של ליאונרדו דה וינצ'י, על טיסה.

לאונרדו דה וינצ'י נולד באמצע המאה ה-15. הוא היה דוגמה נוצצת ל"אדם אוניברסלי". במהלך חייו הצטיין בציור, פיסול, מוזיקה, מתמטיקה, אנטומיה, מדע, טכנולוגיה ואדריכלות. הוא היה מחברם של המצאות ופרויקטים רבים.

לאונרדו דה וינצ'י היה משוכנע ש"אדם שמתגבר על התנגדות אוויר בעזרת כנפיים מלאכותיות גדולות יכול לעלות לאוויר". בטוח שהוא צדק, לאונרדו הגיע עם מכשיר שיאפשר לאדם להמריא באוויר כמו ציפור, מנפנף בכנפיים מכניות גדולות המונעות רק על ידי כוח שרירים.

כדי לעצב כנפיים של אורניתופטר, לאונרדו חקר בפירוט את האנטומיה של כנף ציפור. כשצפה במעוף של ציפור, הבחין המדען שהיא תמיד מנפנפת בכנפיה בדרכים שונות: מרחפת באוויר, עפה ממקום למקום או נוחתת. מחקר יסודי של מנגנון מעוף הציפורים הביא את לאונרדו דה וינצ'י לרעיון הנכון שהדחף העיקרי נוצר על ידי חלקי הקצה של הכנף.

לאונרדו דה וינצ'י עבד לפרטים הקטנים ביותר כמה פרויקטים (1485-1497) של סוגים שונים של אורניתופטרים: עם טייס שוכב, סירת אורניתופטר, עם טייס אנכי וכו'. בעת פיתוח מטוסים אלה, המדען הקדום הציג מספר רעיונות עיצוב מדהימים המשמשים כיום בבניית מטוסים מודרניים: גוף גוף בצורת סירה, יחידת זנב מסתובבת וגלגלי נחיתה נשלפים.

ברצונו להגביר את הכוח של ניפוף כנפיים, לאונרדו דה וינצ'י האמין כי יחד עם חוזק הזרועות, יש צורך להשתמש בחוזק הרגליים האנושיות. הפיתוחים שלו כללו גם פרויקט עבור אורניתופטר, שהשתמש בקשת שלופה כמקור האנרגיה שלו.

מעניין, הרעיון של יצירה ornithopteraלאונרד דה וינצ'י קיבל שפירית רגילה.

הוראות הרכבה קטנות:

(את התרגום מצ'כית, שאני לא טוב בו, עשיתי בעצמי. עלולים להיות אי דיוקים, אז תהיו מודרכים תוך כדי)

דגם האורניתופטר קל להרכבה, אך דורש טיפול וריכוז.

יש לחתוך בזהירות את כל חלקי הדגם. חוץ מזה מספרייםו דֶבֶק, כדי ליצור חלקים שכבר מודבקים, ייתכן שתצטרך: פינצטה, סכין קהה, עיפרון, סרט.

לחזק (להדביק) את החלקים המסומנים באדום בקרטון לחזק.

המקומות שבהם צריך להדביק את המרווחים לכנפיים מסומנים בנקודות שחורות.

המספרים המצוינים במעגלים ישמשו כרצף לעבודה שלך, כלומר. חלקי הכנף עם המספרים 1 ו-2 מורכבים תחילה, לאחר מכן חלקים 3 ו-4 מגיעים, וכן הלאה. לאחר הייבוש, חלקים מסוימים, במיוחד הכנף, צריכים להיות מעוגלים מעט (לדוגמה, בקצה השולחן).

בעת חיבור חלקים, ניתן לבטל פגמים בצבע באמצעות צבעי מים, צביעת המפרקים בטון המתאים.

את דגם האורניתופטר המוגמר ניתן לתלות על חוט או להניח על שולחן עם מעמד - החליטו בעצמכם.

אם תחליט לתלות אותו, חורר שני חורים על הכנפיים עם מחט חדה, הנח את התושבת השלישית בחלק האחורי (הזנב) של האורניתופטר. מקומות אלה מסומנים בקווים כחולים, ראה איור.

על מנת שהמטוס יעמוד על השולחן, יש צורך להרכיב מעמד בצורת גליל - חלקים 28-30. לאורך קו המתאר של החלק התחתון 29, הניחו ואבטחו בעזרת סרט חתיכת חוט (לדוגמה, מהדק נייר). על מנת שהדגם יעמוד בביטחון, המעמד חייב להיות משוקל לשם כך, הנח משקולת - אום גדול - בתחתית המעמד.

בסיום העבודה, אל תשכחו להצמיד את התווית "Ornitoptéra" למעמד לאונרדו דה וינצ'י" חלקים 31-32.

מטוסים

לאונרדו דה וינצ'י היה משוכנע ש"אדם שמתגבר על התנגדות אוויר בעזרת כנפיים מלאכותיות גדולות יכול לעלות לאוויר".

משוכנע שהוא צודק, הוא החל לפתח מנגנון המונע רק מכוח השרירים של אדם, ומאפשר לו לרחף באוויר כמו ציפור. ישנם רישומים רבים של ה"אורניטוטרי" הזה שהמציא לאונרדו. חלקם מתארים אדם שוכב, העומד להמריא בעזרת מנגנונים המחוברים לכנפיים; אחרים מונעים קדימה על ידי מערכת מתקדמת יותר של ברגים וגלגלות. יש גם ציורים של אדם הממוקם אנכית בספינה מעופפת, שעל הדוושות שלה הוא לחץ בידיו וברגליו.

כדי לעצב את כנפי ה"אורניטוטרי", לאונרדו חקר את האנטומיה של כנף ציפור, תוך התחשבות בתפקוד והתפוצה של נוצותיה. תוך כדי התבוננות במעוף הציפור, הבחין המדען שהיא מנפנפת בכנפיה בצורה שונה כשהיא מרחפת באוויר, עפה קדימה או נוחתת. הוא התעניין גם בכנפיים קרומיות של עטלפים. בהתבסס על תצפיות אלו, לאונרדו עיצב כנפיים ענקיות שנועדו לא רק להרים אדם לאוויר, אלא גם לשמור אותו במעוף, הודות לגלגלים וצירים. הוא התכוון לחקות את האקרובטיקה האווירית של ציפורים, את יכולתן לחסוך באנרגיה בטיסה ובנחיתה במדויק. עד סוף המאה ה-15 לאונרדו היה משוכנע שהוא יכול לבצע את פרויקט הטיסה המכנית. עם זאת, הוא היה מודאג מהעובדה שהיכולות של השרירים האנושיים מוגבלות. לכן, הוא התכוון להשתמש במנגנון הקשת במקום אנרגיית שרירים, שתספק תנועה קדימה. עם זאת, החרטום לא פתר את בעיות האוטונומיה בטיסה המתעוררות כאשר הקפיץ מתפרק במהירות.

מ-1503 עד 1506 לאונרדו היה עסוק במחקר בטוסקנה. תנאי אטמוספירה, נוכחות או היעדרה של רוח ותופעות מטאורולוגיות ואווירודינמיות מתאימות אילצו אותו לנטוש את הרעיון הישן שלו על "מכשיר" המבוסס על ניפוף כנפיים, ולזהות "טיסה ללא תנועת כנפיים. ”

בהתבוננות כיצד עופות גדולים מאפשרים לזרמי אוויר לקלוט אותם ולשאת אותם באוויר, לאונרדו חשב לצייד אדם בכנפיים מורכבות גדולות שיאפשרו לו להיכנס לזרם אוויר מתאים בעזרת תנועות גוף פשוטות וללא מאמץ רב. . אדם יצוף בחופשיות עד שיפול ארצה כמו "עלה יבש".

מחקר שיטתי שבוצע על ידי לאונרדו בתחילת המאה ה-16 הוביל אותו לצורך לחקור את "איכות וצפיפות האוויר למטרה זו, הוא תכנן מכשירים הידרוסקופיים שחוקי האווירודינמיקה דומים לחוקי הידרוסטטיקה, כלומר מדע המים הוא שיקוף של מדע הרוח, "אשר (מדע הרוח) נדגים באמצעות תנועת המים והמדע החשוב הזה יהווה צעד קדימה בהבנת מעוף הציפורים אוויר."

רעיון הטיסה בעבודותיו של ליאונרדו דה וינצ'י

דמיטרי אלכסייביץ' סובולב, Ph.D. מדעים, המכון להיסטוריה של מדעי הטבע והטכנולוגיה על שם. סִי. Vavilova, RAS

אחד הדפים המעניינים ביותר בעבודתו הרב-גונית של ליאונרדו דה וינצ'י הוא המחקר שלו על בעיית המעוף האנושי. לאונרדו היה המדען הראשון שחקר את הנושא הזה ברצינות. כתבי היד שלו מכילים ציורים ותיאורים קצרים של כלי טיס שונים. הוא חזר לנושא זה לאורך הקריירה היצירתית שלו: הפרויקטים הראשונים של מכונות מעופפות מתוארכים לאמצע שנות ה-80. המאה ה- XV, והאחרון מתוארך לעשור השני של המאה ה- XVI.

הפרויקטים הרבים ביותר הם מכשירים עם כנפיים מתנופפות - אורניתופטרים. זה די טבעי, שכן הציפור תמיד הייתה המודל לחיקוי בשלב המוקדם של פיתוח התעופה.

העיצוב הידוע הראשון של מכונה מעופפת על ידי לאונרדו דה וינצ'י היה תכנון של אורניתופטר, שבו אדם צריך להיות בתנוחת שכיבה (1485-1487) (איור 1). כדי לנפנף בכנפיים, אתה צריך להשתמש הן בכוח הזרועות והן ברגליים של "הטייס". ציר הכנף הוצב בצורה כזו שבעת תנועה מטה הוא נע בו זמנית אחורה, ויצר, יחד עם כוח ההרמה, את הכוח קדימה הדרוש לטיסה אופקית.

לאונרדו לא רק נתן תיאור קצר של העיצוב, אלא גם נתן המלצות על בדיקת המכשיר. הוא כתב: "אתה תבדוק את המכשיר הזה מעל האגם ותלבש פרווה ארוכה כחגורה כדי שלא תטבע אם תיפול. יש צורך גם שהורדת הכנפיים תיעשה בחוזק של שתי הרגליים בו זמנית, כדי שתוכלו לעכב ולהתאזן, להוריד כנף אחת מהר יותר מהשנייה, להסתכל במידת הצורך, בדיוק כפי שרואים עפיפונים וציפורים אחרות, ויתרה מכך, הורדה בשתי רגליים היא תמיד חזקה יותר מאשר באחת ... והרמת הכנפיים צריכה להיעשות בכוח של קפיץ או, אם אתה רוצה, ביד, או אפילו יותר טוב בהרמת רגליים, זה עדיף, כי אז הידיים שלך חופשיות יותר" (לאונרדו דה וינצ'י. נבחר עבודות מדעי הטבע מ' 1955. עמ' 605).

כדי לשלוט בגובה הטיסה, דה וינצ'י הציע מנגנון מקורי המורכב מיחידת זנב אופקית מתנועעת המחוברת לחישוק על ראשו של אדם. על ידי הרמה והורדה של ראשו, היה על הבוחן, על פי תוכניתו של לאונרדו, להעלות ולהוריד את פני הזנב של האורניתופטר (איור 2).

במאמץ לצמצם את המאמץ הנדרש להזזת הכנפיים, הציע הממציא האיטלקי הגדול ליצור שסתומי בד מיוחדים על המשטחים המתנפנפים, שכאשר הכנף נעה כלפי מטה, יילחצו בחוזקה אל הרשת המתוחה על חיזוק הכנף, ובמהלך המהלך ההפוך ייפתח, ויאפשר לאוויר לעבור בחופשיות. רעיון דומה שימש מאוחר יותר מעצבי אורניתופטר אחרים.

גרסה אחרת של האורניתופטר, שהוצעה על ידי לאונרדו באותן שנים, הייתה מנגנון שבו אדם היה צריך לנפנף בכנפיו, כמו רוכב אופניים, גלגלים מסתובבים עם רגליו, המחוברים במנופים למבנה הכוח של הכנפיים (איור 1). 3). בסקיצה של המכשיר הזה, מה שמושך תשומת לב הוא משהו הדומה לפעמון התלוי מול פניו של "הטייס". חוקרים עדיין מתלבטים מה זה יכול להיות. לדעתי המכשיר הזה הוא מטוטלת שנועדה לציין מיקום בחלל. ידוע שבסביבות 1485 ערך המדען שרטוט של מכשיר כזה (איור 4). אם זה כך, אז אנו רואים את הציור הראשון של מכשיר מטוס.

הפרויקט המפורסם ביותר הוא סירת האורניתופטר (איור 5). הוא מתוארך לשנת 1487 לערך. ככל הנראה, אדם נאלץ לשבת או לעמוד בסירה, להניע מנופים המחוברים לכנפיים. ידית נוספת נועדה לסובב את ההגה האופקי, בצורת זנב של ציפור.

בסוף שנות ה-1480. ליאונרדו דה וינצ'י עורך ציור ותיאור של מכונה מעופפת גדולה עם שני זוגות של כנפיים מתנופפות (איור 6). עומד במשהו כמו קערה, האיש הניע את כנפיו באמצעות מערכת של גלגלות. מעניין, למכשיר היה גלגל נחיתה נשלף; ניתן לקפל את התומכים כלפי מעלה באמצעות שערים וכבלים (איור 7).

ליאונרדו הסביר את הרעיון של האורניתופטר החדש שלו כך: "החלטתי שעדיף לעמוד על הרגליים מאשר לשכב שטוח, שכן המכשיר לעולם לא יוכל להתהפך... העלייה והירידה של התנועה [של הכנפיים] יהיו נעשה על ידי הורדה והרמה של שתי הרגליים, מה שנותן כוח רב, והזרועות שלך נשארות חופשיות אם היית צריך לשכב שטוח, הרגליים שלך, במפרקי השוק, היו מתעייפות מאוד..." (לאונרדו דה וינצ'י. יצירות נבחרות של. מדעי הטבע..עמ' 606).

נימוק זה הוא, כמובן, נכון, אבל בכל זאת יש לראות בפרויקט הזה כאחת התוצאות הפחות מוצלחות של המחקר היצירתי של לאונרדו דה וינצ'י. הממדים הגדולים מאוד של המכשיר: מוטת כנפיים - 40 אמות (כ-16 מ'), גובה מבני - 25 אמות (10 מ'), שידור מורכב וכבד - כל זה הפך את הסיכוי לעלות לאוויר אפילו פחות ריאלי מאשר עם אורניתופטרים קודמים .

רמז ליציאה מהמבוי הסתום הזה ניתן על ידי מחקר יסודי של מנגנון מעוף הציפורים, שהמדען החל להתעניין בו בתחילת המאות ה-15-16. התבוננות בציפורים הביאה אותו לרעיון הנכון שהדחף העיקרי בטיסה נוצר על ידי חלקי הקצה של הכנף. כתוצאה מכך, ממש בסוף המאה ה-15. לאונרדו יוצר ציור של עיצוב חדש ביסודו עבור אורניתופטר - עם כנף המורכבת משני חלקים מפרקים (איור 10). הניפוף היה צריך להתבצע על ידי החלקים החיצוניים, המהווים כמחצית משטח הכנף הכולל. רעיון זה, שהוא הצעד הראשון בהופעתו של המושג מטוס בעל כנף קבועה - מטוס, מצא יישום מעשי בעשור האחרון של המאה ה-19. בניסויים של חלוץ התעופה הגרמני המפורסם O. Lilienthal. ידוע שניסה לטוס ברחפן, קצות הכנף הונעו על ידי מנוע המחובר לגופו (איור 11).

השלב הבא באבולוציה של דעותיו של ליאונרדו על תכנון מכונה מעופפת קשור למחקר שלו על מנגנון טיסת הדאייה והגלישה של ציפורים. הוא סיכם: "...כאשר ציפור ברוח, היא יכולה להישאר עליה מבלי לנפנף בכנפיה, כי אותו תפקיד שהכנף ממלאת ביחס לאוויר כשהאוויר דומם, מבוצע על ידי האוויר הנע. ביחס לכנפיים כאשר הכנפיים נייחות" (לאונרדו דה וינצ'י. יצירות נבחרות של מדעי הטבע. עמ' 497).

על בסיס עיקרון זה, הידוע כיום כעקרון הפיכות התנועה, מגיע לאונרדו למסקנה: לא אדם צריך לדחוף את האוויר בכנפיו, אלא הרוח צריכה לפגוע בכנפיים ולשאת אותן באוויר, פשוט כשהוא מזיז ספינת מפרש. ואז טייס המכונה המעופפת יצטרך רק לשמור על איזון באמצעות הכנפיים. "אין צורך בכוח רב כדי לתמוך בעצמו ולהתאזן על כנפיו ולכוון אותן לנתיב הרוחות ולשלוט במסלולו של האדם, מספיקות לכך", כותב לאונרדו דה וינצ'י בשנת 1505 (ג'יאקומלי, ר'; . האווירודינמיקה של לאונרדו דה וינצ'י // Aernautical Journal 1930. כרך 34. P. 1021)

בהתבסס על הרעיון שפיתח, המדען החליט ליצור סוג חדש של מטוס. סביר להניח שהוא היה צריך להיות שונה מהותית מהאורניתופטרים של שנים קודמות. לפי החוקר האיטלקי של עבודתו של ליאונרדו דה וינצ'י, ר' ג'אקומלי, זה יכול היה להיות חד-מטוס עם מוטת כנפיים של כ-18 מ', המיועד לטיסה בזרמי אוויר עולים (במינוח המודרני, דאון דאייה). הכנפיים היו ניתנות להזזה, אך בהשוואה לפרויקטים קודמים הניידות שלהן הייתה מוגבלת מאוד ושימשה רק לאיזון (Giacomelly, R. Leonardo da Vinci e il volo meccanico // L "Aerotechnica. 1927. No. 8. P. 518-524 .).

"הציפור המלאכותית" המאוישת הייתה אמורה לשגר מפסגת מונטה צ'צ'רי (הר הברבור) בסביבת פירנצה, ולהיקלט בזרמים אנכיים, לעלות לאוויר. "הציפור הגדולה תתחיל את טיסתה הראשונה מגב הברבור הענק שלה, תמלא את היקום בתדהמה, תמלא את כל כתבי הקודש בתהילתה ותהילה נצחית אל הקן שבו נולדה", כתב לאונרדו דה וינצ'י במסכתו על מעוף הציפורים (1505) (לאונרדו דה וינצ'י. יצירות נבחרות של מדעי הטבע. P.494).

אבל איטליה לא נועדה להפוך למקום הולדת הגלישה. עמוס במספר הזמנות, לאונרדו מעולם לא הצליח להתחיל ליישם את הרעיון שלו (או לא רצה - עבורו זה תמיד היה מעניין יותר לייצר פרויקטים והנחות מאשר להגשים אותם).

זמן קצר לפני מותו, חזר המדען שוב למחשבות על תנועה באוויר באמצעות כנף קבועה. כתב היד שלו, השמור במכון הצרפתי בפריז, מכיל ציור לא ידוע מהשנים 1510-1515. (איור 12). הוא מתאר אדם המחזיק בידיו מטוס ויורד באוויר, ויש אינדיקציה לשיטת השליטה: "האדם הזה יזוז ימינה אם יכופף את זרועו הימנית ויישר את שמאלו ואז זז מימין לשמאל כשהוא מחליף ידיים" (גיבס-סמית', סי. לאונרדו דה וינצ'י'ס אווירונאוטיקה. לונדון, 1967. עמ' 21.) ככל הנראה, הרעיון הזה של רחפן מאוזן פשוט, או, יותר בדיוק, מצנח מבוקר, עלה מהתבוננות של לאונרדו בנפילה של דף נייר באוויר.

אם כבר מדברים על המחקר של לאונרדו דה וינצ'י בתחום הטיסה, אי אפשר שלא להזכיר עוד שני פרויקטים חלוציים - פרויקט הצניחה ופרויקט המסוקים. שניהם הועלו בשנות ה-1480, במקביל להצעות הראשונות ליצירת אורניתופטרים.

ליאונרדו ליווה את הציור של אדם יורד על מצנח בצורת פירמידה (איור 13) עם הכתובת: "אם יש לאדם אוהל של פשתן מעומלן, ברוחב 12 אמות וגובהו 12 אמות, הוא יוכל לזרוק את עצמו ממנו. כל גובה גדול ללא סכנה לעצמו" (לאונרדו דה וינצ'י. עבודות מדעיות טבעיות נבחרות. עמ' 615).

התמונה המוכרת של המסוק של ליאונרדו דה וינצ'י (איור 14) מייצגת את הפרויקט הראשון של מטוס ממריא אנכית. בניגוד למסוקים מודרניים עם מדחף בעל להב, מכונה זו נאלצה להמריא באמצעות הידוע במאה ה-15. בורג ארכימדאי, בקוטר של כ-8 מ' למרות העובדה שהבורג היה צריך להיות מוברג ביד, ליאונרדו דה וינצ'י האמין בהיתכנות הפרויקט שלו: "אני אומר שכאשר המכשיר הזה שנעשה על ידי בורג עשוי היטב, כלומר מקנבס, שנקבוביותיו מעומלנות, ומוכנס במהירות לסיבוב [...] הבורג האמור מוברג לאוויר ועולה למעלה".

כמו כל ההצעות הראשונות, הפרויקטים הללו עדיין לא היו מושלמים. למצנח לא היה חור מיוחד בחלק העליון של החופה, מה שסיפק מסלול ירידה יציב, ותכנון המסוק לא לקח בחשבון את השפעת מומנט התגובה מסיבוב המדחף, שיסובב את המבנה שנמצא מתחת. , וצורת המדחף הייתה רחוקה מהטובה ביותר. אבל שניהם מייצגים בכל זאת ראיית הנולד הטכנית יוצאת דופן.

הרעיונות המדהימים של ליאונרדו דה וינצ'י נותרו עלומים במשך זמן רב, מכיוון שהוא לא פרסם את תוצאות המחקר שלו. בסופו של דבר, מה שלאונרדו השיג במשך כמה עשורים נמשך במשך מאות שנים. רק במאה ה-18, ניסיונות לא מוצלחים לטוס על ידי נפנוף כנפיים המחוברות לזרועות ולרגליים הוחלפו בעיצובים הראשונים של מטוסים עם כנף קבועה שיוצרת עילוי וכנפיים קטנות זזות ליצירת כוח קדימה - Swedenborg (שבדיה, 1716), באואר (גרמניה, 1763), קיגלי (אנגליה, 1799). טיסות ברחפנים מאזנים החלו בסוף המאה ה-19, והמסוקים הראשונים הופיעו רק במאה ה-20.

ניתוח התפתחות הדעות על תכנון כלי טיס מכונף בעבודותיו של ליאונרדו דה וינצ'י ובעבודותיהם של חלוצי התעופה הבאים מאפשר לנו להסיק את המסקנה הכללית הבאה: בניגוד לנקודת המבט המקובלת בקרב היסטוריונים תעופה, רעיון המטוס לא נוצר בפני עצמו כקונספט חלופי לאורניתופטר, אלא "צמח" מפרויקטים של מכשירים עם כנפיים מתנופפות דרך סדרה של עיצובי ביניים של חצי מטוס, חצי אורניתופטר, מחבר הראשון מתוכם היה לאונרדו הגדול.

אנכי "ORNITOTTERO"

הצורך במקור אנרגיה חזק יותר הוביל את לאונרדו לרעיון של שימוש בכל חלקי גוף האדם במהלך הטיסה. בתמונה נראה אדם השולט במנגנוני הזזה לא רק בעזרת ידיו ורגליו, אלא גם בעזרת ראשו, שלפי לאונרדו, "יש לו כוח השווה ל-200 פאונד". אדם עומד במרכזו של כלי ענק, שהוא קערה בקוטר 12 מ' המצוידת בסולם (12 מ'). לכנפי המכשיר היה רוחב של 24 מ' ומרווח של 4.8 מ' במכשיר זה, לאונרדו התכוון להשתמש בשני זוגות כנפיים, מתנופפים לסירוגין.

מד הטיה

מכשיר זה הוא מטוטלת המוצבת בתוך כלי זכוכית (בצורת פעמון), המשמשת "לכוון את המנגנון (המטוס) ישר או נוטה, כפי שאתה מעדיף, כלומר, כאשר אתה רוצה לעוף ישר, הנח את הכדור באמצע המעגל."