تلاش‌های اولیه

پیدایش هواپیماهاى پیشرفته، حاصل مجموعه طرح‌هاى سر جرج کیلى در ۱۷۹۹ است. در‌واقع، استفاده از یک بال ثابت برآزا، یک مکانیزم مجزاى پیشرانه، و ترکیبى از دم افقى و عمودى در نقش پایدارکننده، نظریه اصلى کیلى بود. او این نظریه را بر روى دیسکى نقره‏اى منقوش کرد، و در پشت آن دیسک هم تصویرى از نیروهاى برآ و پساى وارد بر یک صفحه مایل را حک کرد. اکنون این دیسک، که دو طرف آن در شکل زیر دیده مى‏‌شود، در موزه علوم لندن قرار دارد.

تصویر دو طرف دیسک نقره‌ای کیلی، نشان‌دهنده نظریه او درباره پرنده بال‌ثابت، ۱۷۹۹

قبل از این نظریه، پرواز مکانیکى با استفاده از بال‌هاى متحرک اورنیتوپتر (نیرو گرفته از عضلات بدن انسان) و تولید هم‌زمان نیروهاى برآ و پیشران دنبال مى‏‌شد؛ پیش‌تر داوینچى بالهاى اورنیتوپتر خودش را چنان طرح کرده بود که هم‌زمان به سمت پایین و عقب حرکت مى‏کرد تا نیروهاى برآ و پیشران تأمین شود. کیلى این خط فکرى ناموفق را درهم ریخت، و مفاهیم برآ و پیشرانه را از هم تفکیک کرد. با این کار، یک قرن پیشرفت‌هاى هوانوردى منتهى به موفقیت برادران رایت در ۱۹۰۳، آغاز شد.

کیلى در ۲۷ دسامبر ۱۷۷۳ در اسکاربورو در یورکشایر انگلستان دیده به جهان گشود. ابتدا او در یورک و ناتینگهام تحصیل کرد، و سپس زیر نظر چند معلم خصوصى، علوم شیمى و الکتریسیته را آموخت. کیلى در چند رشته متخصص بود، و نبوغى سرشار داشت. او در مدت ۸۴ سال زندگانیش، در زمینه‏‌هاى متعددى فعالیت کرد.

آخرین و اصلى‏‌ترین خدمت کیلى به بشریت، در زمینه علم هوانوردى بود. او پس از اجراى آزمایش‌هایى با هلیکوپترهاى مدل در ۱۷۹۶، مفهوم نظریه بال ثابت را در سال ۱۷۹۹ بر روى یک دیسک نقره‏‌اى ترسیم . کرد (شکل ۱-۱۵). این فعالیت‌ها آغازگر یک دوره ده ساله تحقیقات وسیع و دامنه‏‌دار در زمینه علم آئرودینامیک بود. کیلى در ۱۸۰۴ براى آزمایش هوابُرها (مقاطع بال) دستگاه بازوى گردان را ابداع کرد (شکل زیر).

دستگاه بازوی چرخان جرج کیلی، برای آزمایش هوابُرها

او در انتهاى یک میله بلند، سطح برآزاى آزمایشى (هوابُر) را قرار مى‏داد، و آن‏ را با سرعت ثابتى مى‏‌چرخاند؛ به این ترتیب، جریان هوا در اطراف آن سطح به وجود مى‌‏آمد. در مهندسى هوانوردى امروزى، چنین عملى را تونل باد انجام مى‏‌دهد؛ اما در زمان کیلى، دستگاه بازوى گردان هم پیشرفت مهمى تلقى مى‏‌شد، و اندازه‏‌گیرى نیروهاى آئرودینامیکى و مرکز فشار یک سطح برآزا را ممکن مى‏‌کرد. البته این اندازه‏‌گیری‌ها چندان دقیق نبود؛ چون پس از چند دور گردش، هواى اطراف هم به همراه دستگاه شروع به چرخیدن مى‏‌کرد. با این حال، اولین قدم براى اندازه‏‌گیری‌هاى آئرودینامیکى برداشته شده بود. کیلى در همان سال، موفق به طراحى، ساخت، و آزمایش یک مدل هواسُر کوچک شد (شکل زیر)، که امروزه هرچند بچه‏‌گانه به نظر مى‏‌رسد، در آن زمان، اولین ترکیب‏‌بندى پیشرفته هواپیما با یک بال ثابت و یک دم افقى و عمودى تنظیم‏‌پذیر بود. کیلى معمولاً این هواسُر را با قرار دادن دم در وضعیت زاویه مثبت، چنانکه در شکل نشان داده شده، پرواز مى‏‌داد. یک نمونه شبیه به اصل از این هواسُر، در موزه علوم لندن در معرض بازدید عموم است. 

نخستین طرح یک هواپیما با نمای پیشرفته، هواسُر مدل کیلی، ۱۸۰۴

کیلى براى نخستین بار، نتایج تحقیقاتش در زمینه علم هوانوردى را در سالهاى ۱۸۰۹ و ۱۸۱۰ طى مقالات سه‏‌گانه مهمى اعلام کرد. این مقالات، که با عنوان «درباره ناوبرى هوایى» در شماره‏‌هاى مورخ نوامبر ۱۸۰۹ و مارس ۱۸۱۰ در مجله «فلسفه طبیعى» چاپ شد، از مهمترین کارهاى انجام شده در تاریخ علم هوانوردى محسوب مى‏‌شود. کیلى مقالات سه‏‌گانه‏‌اش را به محض شنیدن گزارش تلاشهاى ژاکوب دگن براى پرواز با یک ماشین مکانیکى در وین، نوشت. در واقع، وسیله پروازى دگن با کمک یک بالون به هوا برمى‏‌خاست، و از این نظر، اهمیت چندانى نداشت؛ اما کیلى از جزئیات ماجرا بى‏‌خبر بود. او براى آشنا کردن مردم با
فعالیت‌هایش، جنبه‏‌هاى متعددى از علم آئرودینامیک را در مقالات سه‏‌گانه توضیح داد. این مقالات، اولین رساله ثبت شده در تاریخ، در زمینه آئرودینامیک نظرى و کاربردى است، و کیلى در آنها به طور دقیقى نظریه خودش را در مورد تفکیک نیروهاى برآ و پیشران، و همچنین، استفاده از یک بال ثابت براى تولید نیروى برآ تشریح کرد. او توضیح داد که «ساختن سطحى که وزن مشخصى را با استفاده از قدرت مقاومت هوا نگه دارد» مسئله اصلى یک ماشین پرنده است. همچنین، او شرح داد که یک صفحه اریب زاویه‌‏دار (نسبت به جهت حرکت)، مى‏‌تواند برآ تولید کند؛ به‏‌ویژه اگر آن صفحه کمى خمیده هم باشد. به‌‏علاوه، کیلى براى اولین بار مشخص کرد که تولید نیروى برآ به دلیل ایجاد یک محدوده کم‏‌فشار در روى سطح بال است. کیلى در مقالات سه‏‌گانه‏‌اش به موضوع کنترل پرواز هم پرداخت، و نقش دم افقى و عمودى را در پایدارى هواپیما مطرح کرد؛ اما در توضیح مسئله استفاده از «برگه‏‌هاى بال‏‌زن» براى تولید نیروى رانش بازماند. چنان‌که بر روى دیسک نقره‏‌اى دیده مى‏‌شود، از چند پارو در پشت بال استفاده شده است. کیلى از ۱۷۹۹ تا زمان مرگش در ۱۸۵۷ درباره موضوع تولید نیروى رانش به کمک این برگه‏‌هاى بال‏‌زن دچار مشکل بود. او نه‏‌تنها توجه چندانى به استفاده از پروانه (ملخ) نداشت، بلکه ظاهراً از هر نوع دستگاه چرخنده‏‌اى هم بیزار بوده است. کیلى در همان مقالات سه‏‌گانه، اولین هواسُر واقعى ساخت خودش و پرواز بدون سرنشین آن در ۱۸۰۹ در برامپتون را شرح کرد؛ البته از ترکیب‏‌بندى این هواسُر اطلاعى در دست نیست.

در زندگى کیلى دوره سالهاى ۱۸۱۰ تا ۱۸۴۳، از نظر تحقیقات هوانوردى، یک دوره سکون و آرامش محسوب مى‏‌شود. او براى دومین بار نتایج تحقیقاتش درباره هوانوردى را در دوره سال‌هاى ۱۸۴۸-۱۸۵۴ اعلان کرد. کیلى در ۱۸۴۹ یک هواپیماى واقعى ساخت، و آن‏ را آزمایش کرد. در ضمن این آزمایش‌ها، یک پسرک ده ساله سوار بر هواپیما از روى تپه‏‌اى به هوا بلند شد، و چند متر از زمین فاصله گرفت. تصویرى که کیلى از این ماشین معروف به «حامل پسرک» رسم کرده، در شکل زیر دیده مى‏‌شود.

هواپیمای سه‌باله کیلی، با سطوح افقی و عمودی دم و مکانیزم پیشرانه بال‌زن

«حامل پسرک» یک هواپیماى سه‌‏باله بود. کیلى اولین کسى است که چنین طرح چندباله‌‏اى را مطرح کرد. او نگران شکسته شدن احتمالى یک تک‏‌بال بزرگ بود. براى پیشگیرى از این خطر، کیلى پیشنهاد کوچک‌تر کردن هواپیما و قرار دادن چند بال بر روى همدیگر را مناسب‌تر تشخیص داد. این نظریه حتى در قرن بیستم و تا اواخر دهه ۱۹۳۰، که هواپیماهاى تک‏‌باله رایج شدند، همچنان مطرح بود. مجدداً مشاهده مى‏‌شود که ماشین ترسیم شده در شکل بالا هم به برگه‏‌هاى بال‏زن مجهز بود.

یکى از مهمترین مقالات کیلى، در مجله «مکانیک» مورخ ۲۵ سپتامبر ۱۸۵۲ چاپ شد. او در آن زمان، ۷۹ ساله بود. این مقاله، با عنوان «چتر نجات کنترل‏‌شونده سِر جرج کیلى»، شرح کاملى از یک هواسُر سرنشین‏‌دار بود که از تمام جنبه‏‌ها به هواپیماهاى امروزى شباهت داشت. در شکل زیر، تصویر چاپ شده از این هواپیما در مجله «مکانیک» دیده مى‏‌شود.

هواسُر سرنشین‌دار کیلی، به نقل از مجله مکانی، ۱۸۵۲

قسمت‌هاى عمده این طرح چنین بود:

  1. یک بال اصلى زاویه‏‌دار نسبت به بدنه براى تولید برآ، با زاویه هفتى براى تأمین تعادل جانبى،
  2. یک دم صلیبى‏‌شکل تنظیم‏شونده براى تأمین تعادل طولى و سمتى،
  3. سکان افقى و عمودى کنترل‏شونده با فرمان خلبان،
  4. یک بدنه شبیه اتومبیل، با یک صندلى براى خلبان و چهار چرخ در زیر آن،
  5. یک سازه میله‏‌اى.

دیگر تا زمان برادران رایت در آغاز قرن بیستم، چنین ترکیبى از موارد برشمرده هرگز مشاهده نشد. اگر چه مجله «مکانیک» تیراژ زیادى داشت، اما مقاله کیلى به طورى باورنکردنى هیچ توجهى را جلب نکرد.

جرج کیلى در روز نامشخصى از سال ۱۸۵۳ اولین هواسُر حامل انسان را ساخت، و به پرواز درآورد. هرچند ترکیب‏‌بندى آن هواسُر دقیقا مشخص نشده، گیبس‏‌اسمیت آن‏ را سه‏‌باله و بسیار شبیه «حامل پسرک»، بانماى بال احتمالاً مشابه با هواسُر شکل بالا دانسته است. بنا به گفته چند شاهد عینى، کالسکه‏‌چى کیلى با این هواسُر، پروازى آزاد به مسافت چند صد یارد بر فراز دره‏اى در برامپتون انجام داد.

جرج کیلى در ۱۵ دسامبر ۱۸۵۷ در برامپتون دیده از جهان فرو بست. هرچند او در طول عمر ۸۴ ساله‏‌اش بنیان‌هایى در همه زمینه‏‌هاى هوانوردى باقى گذاشت، با این حال، در نیمه دوم قرن نوزدهم کارهاى او فراموش شد. ظاهراً بسیارى از مخترعان بعدى، تا قبل از پیش رفتن در طرح‌هایشان، مطبوعات را بررسى نمى‏‌کردند. با این وصف، اکنون در اثر تلاش چند تاریخ‏‌نگار قرن بیستم، غبار فراموشى از آثار کیلى زدوده شده است. شارل دولفوس، تاریخ‏‌نگار فرانسوى، در ۱۹۲۳ در مورد کیلى چنین نوشت:

هواپیما یک اختراع انگلیسى است. جرج کیلى تمام بنیان‌هاى آن‏ را مجسم کرد؛ مهندس انگلیسى بزرگى که در نیمه اول قرن پیش مى‏‌زیست. نام کیلى حتى در کشور خودش هم چندان شناخته شده نیست، و قلیل‏‌اند کسانى که کارهاى این مرد افتخارآفرین و بزرگترین نابغه هوانوردى را بشناسند. مطالعه مقالات او باعث برانگیخته‏‌شدن تحسین آدمى مى‏‌شود؛ هم به دلیل خلاقیت، و هم به دلیل قوه قضاوت صحیح و منطقى‏‌اش.

با وجود همه تلاشها، هنوز تا ۱۸۹۱ کسى نتوانسته بود که با کمک بال‌هایى به میان هوا بپرد، و پرواز کنترل شده‏‌اى انجام دهد. اتو لیلینتال کسى بود که این کار را انجام داد. لیلینتال در ۲۳ ماه مه ۱۸۴۸ در آنکلام پروس (آلمان سابق) به دنیا آمد. او در مدارس بازرگانى پتسدام و برلین تحصیل کرد، و در ۱۸۷۰ با درجه مهندسى مکانیک فارغ‏‌التحصیل شد. او که از همان اوان کودکى به پرواز علاقه‌‏مند بود، در دوران جوانى با اورنیتوپترهاى طرح خودش، آزمایش‌هایى انجام داد. در اواخر دهه ۱۸۸۰ کارها و تمایلات او به شکل تکامل یافته‏‌ترى درآمد که نهایتاً به ساخت هواسُرهاى بال‏‌ثابت انجامید.

لیلینتال در ۱۸۸۹ کتابى را با عنوان «پرواز پرندگان، مبنایى براى هوانوردى» منتشر کرد. این کتاب، اثر کلاسیک نوینى در مهندسى هوانوردى بود؛ چون او نه‌‏تنها به بررسى ساختار و انواع بال‌هاى پرندگان پرداخت، بلکه از اطلاعات آئرودینامیکى براى طراحى پرواز مکانیکى استفاده کرد. کتاب لیلینتال بعضى از عمده‌‏ترین داده‏‌هاى دقیق آئرودینامیکى قابل‌دسترسى در آن زمان را دربرداشت. بعدها برادران رایت بخش‌هاى ترجمه‏‌شده‌‏اى از همین کتاب را مطالعه کردند، و بعضى از اطلاعات آن‏ را در اولین طرح‌هایشان در سال‌هاى ۱۹۰۰ و ۱۹۰۱ به کار بردند.

تا سال ۱۸۸۹ لیلینتال به یک نتیجه فلسفى رسیده بود: براى یادگیرى عملى علم آئرودینامیک باید در میان هوا نشو و نما یافت و آن‏را شخصاً آزمود. این نتیجه بر پیشرفت‌هاى هوانوردى در دو دهه بعد، تأثیر عمده‏‌اى گذاشت. به قول خود او،

فقط با آزمایش‌هاى واقعى پرواز مى‏‌توان به بصیرتى در مورد تمرین پرواز دست یافت…  فقط با ماندن در میان خود هوا مى‌‏توان دریافت که حین سُر خوردن در هوا چگونه باید با بى‏‌نظمى‏‌هاى باد برخورد کرد… تنها راهى که ما را به پیشرفت سریع در پرواز انسان هدایت مى‏‌کند، تمرین مداوم و منظم در آزمایشهاى واقعى پرواز است.

براى اجراى این فلسفه، لیلینتال طراحى هواسُر را آغاز کرد. اولین و دومین طرح او در ۱۸۸۹ و ۱۸۹۰ ناموفق بودند. در ۱۸۹۱ اولین هواسُر موفق لیلینتال از تپه‏‌اى طبیعى واقع در دروتیس آلمان به پرواز درآمد. در شکل زیر تصویر هواسُر تک‏‌باله لیلینتال به خلبانى خود او دیده مى‏‌شود.

هواسُر آویختنی تک‌باله لیلینتال، ۱۸۹۴

با دقت در نماى پرنده‌‏گونه بال این هواسُر، مشخص مى‏‌شود که لیلینتال از سطح مقطع خمیده در بال استفاده کرده، و براى پایدارى هواسُر هم از ترکیب دم افقى و عمودى بهره برده است. این ماشین‌ها، هواسُرهاى آویختنى بودند که نیاى هواسُرهاى ورزشى امروزى محسوب مى‏‌شوند. کنترل پرواز در آنها با جابه‏‌جا شدن مکان خلبان انجام مى‏‌شد. فلسفه پرواز
لیلینتال، با نظریات مشتاقان قبلى هوانوردى فرق داشت. در بیشتر سالهاى قرن نوزدهم، تلقى نادرستى درباره پرواز با توان موتور وجود داشت: «موتورى را آنقدر قوى بساز که بتواند هواپیمایى را براند، آن‏ را بر روى یک سازه قادر به تحمل بارهاى وارده و ضمناً برآزا قرار بده، و احتمالاً مى‌‏توانى به میان هوا بروى. بعد از ورود به میان هوا، هدایت هواپیما به سادگى هدایت یک کالسکه یا اتومبیل در روى زمین خواهد بود.» در آن زمان، چنین تصورى عمومیت داشت. گیبس‏‌اسمیت کسانى را که به چنین نظریه‏‌اى معتقد بودند، «شوفر» می‌نامید. در مقابل «شوفرها»، «مردان هوایى» قرار داشتند که اولین آنها لیلینتال بود. لیلینتال بر پرورش در میان هوا و پرواز با هواسُرها و دریافتن احساس هواپیما پیش از استفاده از موتور، تأکید داشت. «شوفرها» بیشتر به موضوع برآ و پیشرانه توجه داشتند؛ در مقابل، «مردان هوایى» بیش از همه به کنترل پرواز در میان هوا مى‏‌اندیشیدند. سرانجام، فلسفه مردان هوایى آنها را به پرواز موفق با توان موتور رهنمون شد؛ در حالى که «شوفرها» ناموفق بودند.

لیلینتال بیش از ۲۵۰۰ پرواز موفق با هواسُرها انجام داد. دست‏‌یافته‏‌هاى آئرودینامیکى او در سراسر دنیا پخش شد. تصادفاً کارهاى او با رشد تکنیک‌هاى عکس‏‌بردارى و صنعت چاپ هم‌زمان بود. در ۱۸۷۱ نگاتیو صفحه خشک اختراع شد که تا ۱۸۹۰ ثبت واضح یک موضوع متحرک را امکان‏‌پذیر کرده بود. همچنین، پیشرفت روش چاپ مناسب عکس سیاه و سفید در کتاب‌ها و مجلات، امکان انتشار گسترده عکس‌هاى پروازهاى لیلینتال را فراهم کرد. در واقع، لیلینتال اولین کسى بود که عکسى از او در یک هواپیما گرفته شد. پخش گسترده خبر تلاش‌هاى او، الهام‌بخش بقیه پیشروان هوانوردى بود. پیش از مطالعه مقالات لیلینتال در ۱۸۹۴، علاقه برادران رایت به پرواز هنوز چندان شکل نگرفته بود.

در روز یکشنبه نهم اوت ۱۸۹۶ لیلینتال بر فراز تپه گولنبرگ، در حوالى استولن آلمان، مشغول پرواز با هواسُر بود که هواسُر تک‏‌باله او در اثر وزش یک تندباد ناگهانى، متوقف شد، و سقوط کرد. فقط بال هواسُر مچاله شد، و بقیه آن سالم ماند. ستون فقرات لیلینتال آسیب دید، و او روز بعد در کلینیکى در برلین دیده از جهان فرو بست. لیلینتال در درس زندگیش بارها خاطرنشان کرد که «باید فداکارى کرد». این وصیت او بر روى سنگ قبرش در گورستان لیچرفیلد حک شده است.

This site is protected by wp-copyrightpro.com