Джордж Кейли: Пионер авиации и инженерный новатор

Введение

Британский инженер-аэронавт (1773–1857)

Сэр Джордж Кейли, 6-й баронет (27 декабря 1773 – 15 декабря 1857) был английским инженером, изобретателем и пионером авиации. Он – одна из ключевых фигур в истории аэронавтики. Многие считают его первым настоящим ученым, исследовавшим воздушное пространство, первым человеком, осознавшим фундаментальные принципы и силы полета, и создателем первого проволочного колеса. В 1799 году он сформулировал концепцию современного самолета как летательного аппарата с неподвижным крылом, оснащенного отдельными системами для создания подъемной силы, тяги и управления. Он был пионером авиационной инженерии и часто упоминается как «отец авиации». Современные конструкции самолетов основаны на его открытиях и на важности крыльев с профилем, также предложенных Кейли. Он построил первую летающую модель самолета и разработал схему элементов вертикального полета. Он также спроектировал первый планер, о котором достоверно известно, что он поднимал человека в воздух. Он верно предсказал, что устойчивый полет станет возможен только после разработки легкого двигателя, способного обеспечить достаточную тягу и подъемную силу. Кейли представлял партию вигов в качестве члена парламента от Скарборо с 1832 по 1835 год, а в 1838 году содействовал основанию первого в Великобритании политехнического института – Королевского политехнического института (ныне Университет Вестминстера) и на протяжении многих лет был его председателем. В 1824 году он был избран вице-президентом Йоркширского философского общества. Он был одним из основателей Британской ассоциации развития науки и приходился дальним родственником математику Артуру Кейли.

Общие инженерные проекты

Кейли, из Бромптона-бай-Соудона, недалеко от Скарборо в Йоркшире, унаследовал Бромптон-Холл, Уайдейл-Холл и другие поместья после смерти своего отца, 5-го баронета. Воодушевленный оптимизмом эпохи, он занялся широким спектром инженерных проектов. Среди множества его разработок – самовосстанавливающиеся спасательные шлюпки, колеса с натяжением спиц, "Универсальная железная дорога" (его термин для гусеничных тракторов), автоматические сигналы для железнодорожных переездов, ремни безопасности, малогабаритные вертолеты и прототип двигателя внутреннего сгорания, работающего на порохе (пороховой двигатель). Он предположил, что более практичный двигатель можно создать, используя газообразные пары вместо пороха, тем самым предвосхитив современный двигатель внутреннего сгорания. Он также внес вклад в области протезирования, пневматических двигателей, электричества, театральной архитектуры, баллистики, оптики и мелиорации земель, и придерживался мнения, что эти достижения должны быть общедоступными. По данным Института инженеров-механиков, Джордж Кейли изобрел двигатель горячего воздуха в 1807 году: «Первым успешно работающим двигателем горячего воздуха был двигатель Кейли, в котором проявилась большая изобретательность в преодолении практических трудностей, связанных с высокой рабочей температурой». Его второй двигатель горячего воздуха 1837 года стал предшественником двигателя внутреннего сгорания: «В 1837 году сэр Джордж Кейли, Барт., член Института инженеров-строителей, применил продукты сгорания из закрытых печей для непосредственного воздействия на поршень в цилиндре. Чертеж № 9 изображает пару двигателей, работающих по этому принципу, общей мощностью 8 л.с., при скорости движения поршня 220 футов в минуту».

Летательные машины

Кейли запомнился прежде всего своими новаторскими исследованиями и экспериментами с летательными аппаратами, включая работающий пилотируемый планер, который он спроектировал и построил. Он написал основополагающий трехчастный трактат под названием «О воздушной навигации» (1809–1810), опубликованный в журнале Николсона «Журнал естественной философии, химии и искусств». Открытие в 2007 году эскизов в школьных тетрадях Кейли (хранящихся в архиве Библиотеки Королевского авиационного общества) показало, что еще в школе Кейли разрабатывал свои идеи о теории полета. Утверждается, что эти изображения свидетельствуют о том, что Кейли определил принцип создания подъемной силы на наклонной плоскости еще в 1792 году. Для измерения сопротивления объектов при различных скоростях и углах атаки он позже построил «вращающееся плечо», усовершенствованное на основе более ранних работ в области баллистики и сопротивления воздуха. Он также экспериментировал с вращающимися секциями крыльев различных форм в лестничных пролетах в Бромптон-Холле. «Около 100 лет назад англичанин сэр Джордж Кейли вывел науку о полете на уровень, которого она никогда прежде не достигала и едва ли достигла в течение последнего столетия», – писал Уилбур Райт в 1909 году. Вскоре проволока заменила веревку в практических применениях, и со временем проволочные колеса стали широко использоваться на велосипедах, автомобилях, самолетах и многих других транспортных средствах. Модель планера, успешно поднятая в воздух Кейли в 1804 году, имела компоновку современного самолета: крыло в форме воздушного змея в передней части и регулируемое хвостовое оперение в задней, состоящее из горизонтальных стабилизаторов и вертикального киля. Перемещаемый груз позволял регулировать центр тяжести модели. Около 1843 года он первым предложил идею конвертоплана, которая была опубликована в статье того же года. В какой-то момент до 1849 года он спроектировал и построил биплан, на котором летал неизвестный десятилетний мальчик. Позже, при постоянной поддержке своего внука Джорджа Джона Кейли и инженера-резидента Томаса Вика, он разработал планер большего масштаба (вероятно, также оснащенный «закрылками»), который в 1853 году пролетел над долиной Бромптон-Дейл перед Уайдейл-Холлом. Утверждается, что первым взрослым пилотом был кучер, лакей или дворецкий Кейли. Один из источников (Гиббс Смит) предполагает, что это был Джон Эпплби, сотрудник Кейли, однако нет окончательных доказательств, позволяющих однозначно установить личность пилота. Наиболее авторитетным современным описанием этого события является статья в IX томе 8-й Британской энциклопедии 1855 года. Биография Кейли, опубликованная в 2007 году (Ричард Ди, «Человек, открывший полет: Джордж Кейли и первый самолет»), утверждает, что первым пилотом был внук Кейли Джордж Джон Кейли (1826–1878). Реплика машины 1853 года была продемонстрирована на оригинальном месте в Бромптон-Дейл Дереком Пигготтом в 1973 году для телевидения и в середине 1980-х годов для фильма IMAX «On the Wing». В настоящее время планер экспонируется в Йоркширском музее авиации. Вторая реплика планера Кейли была построена в 2003 году командой BAE Systems в ознаменование 150-летия первого полета. Изготовленный с использованием современных материалов и технологий, аппарат был испытан Аланом МакУайтером на авиабазе RAF Поклинтон, а затем 5 июля 2003 года запущен в полет сэром Ричардом Брэнсоном в Бромптон-Дейл, месте первого полета планеров. Компания Virgin Atlantic спонсировала строительство реплики планера. В 2005 году реплика планера была перевезена и восстановлена в Салине, штат Канзас, в рамках наземной программы, сопровождавшей возвращение кругосветного рейса Virgin Atlantic GlobalFlyer, при этом планер буксировался по взлетно-посадочной полосе перед собравшейся публикой. Вернувшись в Великобританию, реплика планера была использована еще раз для съемок в телешоу The One Show. Снова буксируемый автомобилем, планер совершил свои самые длинные и высокие полеты во время съемок, пилотировал его Дэйв Холборн. Он был помещен на хранение на площадке BAE Systems в Фарнборо и в 2021 году пожертвован Музею авиации Южного Йоркшира, где в настоящее время экспонируется.

Cayley is mainly remembered for his pioneering studies and experiments with flying machines, including the working, piloted glider that he designed and built. He wrote a landmark three part treatise titled "On Aerial Navigation" (1809–1810), which was published in Nicholson's Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts. The 2007 discovery of sketches in Cayley's school notebooks (held in the archive of the Royal Aeronautical Society Library) revealed that even at school Cayley was developing his ideas on the theories of flight. It has been claimed that these images indicate that Cayley identified the principle of a lift generating inclined plane as early as 1792. To measure the drag on objects at different speeds and angles of attack, he later built a "whirling arm apparatus", a development of earlier work in ballistics and air resistance. He also experimented with rotating wing sections of various forms in the stairwells at Brompton Hall. Quote box|width=28%|align=left|quote="About 100 years ago, an Englishman, Sir George Cayley, carried the science of flight to a point which it had never reached before and which it scarcely reached again during the last century. "|source =— Wilbur Wright, 1909. Wire soon replaced the string in practical applications and over time the wire wheel came into common use on bicycles, cars, aeroplanes and many other vehicles. The model glider successfully flown by Cayley in 1804 had the layout of a modern aircraft, with a kite shaped wing towards the front and an adjustable tailplane at the back consisting of horizontal stabilisers and a vertical fin. A movable weight allowed adjustment of the model's centre of gravity. Around 1843 he was the first to suggest the idea for a convertiplane, an idea which was published in a paper written that same year. At some time before 1849 he designed and built a biplane in which an unknown ten year old boy flew. Later, with the continued assistance of his grandson George John Cayley and his resident engineer Thomas Vick, he developed a larger scale glider (also probably fitted with "flappers") which flew across Brompton Dale in front of Wydale Hall in 1853. The first adult aviator has been claimed to be either Cayley's coachman, footman or butler. One source (Gibbs Smith) has suggested that it was John Appleby, a Cayley employee; however, there is no definitive evidence to fully identify the pilot. An entry in volume IX of the 8th Encyclopædia Britannica of 1855 is the most contemporaneous authoritative account regarding the event. A 2007 biography of Cayley (Richard Dee's The Man Who Discovered Flight: George Cayley and the First Airplane) claims the first pilot was Cayley's grandson George John Cayley (1826–1878). A replica of the 1853 machine was flown at the original site in Brompton Dale by Derek Piggott in 1973 for TV and in the mid 1980s for the IMAX film On the Wing. The glider is currently on display at the Yorkshire Air Museum. A second replica of the Cayley Glider was built in 2003 by a team from BAE Systems to commemorate the 150th anniversary of the original flight. Built using modern materials and techniques, the craft was test flown by Alan McWhirter at RAF Pocklington, before being flown by Sir Richard Branson on 5 July 2003 at Brompton Dale, the site of the original gliders flight. Virgin Atlantic sponsored construction of the replica glider. In 2005, the replica glider was transported and rebuilt in Salina, Kansas, as part of the ground show for the return of the 'round the world' Virgin Atlantic GlobalFlyer flight, with the glider being towed by a vehicle along the runway in front of the gathered crowds. Returning to the UK, the replica glider was flown once more for a segment on The One Show. Again towed by a vehicle, the glider undertook its longest and highest flights during the filming and was flown by Dave Holborn. Placed into storage at BAE System's Farnborough site, it was donated to the South Yorkshire Aircraft Museum in 2021 and is now on display.

Мемориал

Кейли умер в 1857 году и был похоронен на кладбище церкви Всех Святых в Бромптоне-бай-Соудон. Память о нем увековечена в Скарборо, в кампусе Скарборо Университета Халла, где в его честь названы общежитие и учебный корпус. Он входит в число многих ученых и инженеров, в честь которых названы общежитие и бар в Университете Лофборо. Университет Вестминстера также чтит вклад Кейли в создание учебного заведения золотой табличкой у входа в здание на Риджент-стрит. В Музее Королевских ВВС в Лондоне, Хендон, представлены информационные стенды и видеофильм, посвященные достижениям Кейли, а в Йоркширском музее авиации в Элвингтоне (Йорк) – современная выставка и фильм «Пионеры авиации». Клуб свободного полета Sir George Cayley Sailwing Club, базирующийся в Северном Йоркшире и входящий в состав Британской ассоциации дельтапланеризма и парапланеризма, носит его имя с момента основания в 1975 году. В 1974 году Кейли был занесен в Международный зал славы авиации и космонавтики.

Семья

3 июля 1795 года Кейли женился на Саре Уокер, дочери его первого наставника Джорджа Уокера. (В расширенном издании "Визитации Йоркшира" Дюгдейла, отредактированном Дж. В. Клеем, ошибочно указана дата 9 июля 1795 года, как и в статье о Джордже Кейли в Оксфордском словаре национальной биографии.) У них было десять детей, из которых трое умерли в раннем возрасте. Сара умерла 8 декабря 1854 года.