Начало и середина XIX века ознаменовались впечатляющими достижениями в области конструирования и применения движителей в летательных аппаратах, проектами летных машин и моделей. К ним можно отнести «Ариель» Хенсона, призовой двигатель Стрингфелло, летающую модель («планофор») Пено. Лучшие образцы демонстрировались в Лондоне на первой авиационной выставке 1868 года.

Познакомившись с зарубежными опытами, русский изобретатель Александр Федорович Можайский проявил интерес к проблеме летания еще в начале 60-х годов. Профессия моряка давала ему возможность проводить длительные наблюдения за парусами, за полетом птиц, сопровождавших корабль, и за действием воздушного змея, С помощью которого в условиях шторма приходилось перебрасывать линь на берег. Он тщательно изучил кинематику птичьего крыла. Затем Можайский выполнил достаточно точные расчеты подъемной силы крыльев и хвоста голубя, приняв его массу равной 78 золотникам, а несущую поверхность — 95 квадратным дюймам. Согласно расчетам на каждый золотник приходилась площадь 1,218 квадратных дюйма. «Этот вывод, — писал Можайский, — несколько разнится с опытами, сделанными в Англии… однако несомненно, что голубь имеет способность парить, вероятно, он получает парение при угле менее 15° и при другой скорости. Впрочем, многие мои наблюдения показали, что другие птицы способны парить при незначительной быстроте, то есть при 10, 15 верстах в час»[5]. Из этого он заключил, что для возможности парения в воздухе существует некоторое отношение между тяжестью, скоростью и величиной площади, то есть чем больше скорость движения, тем большую тяжесть может нести та же площадь. Таким образом, изобретатель правильно понял значение скорости для увеличения подъемной силы крыла, причем до решения этого вопроса наукой.

Закончив расчеты, А. Ф. Можайский приступил к их инструментальной проверке. В «Записках Русского технического общества» за 1883 год было напечатано описание прибора, которым пользовался исследователь. Прибор Можайского представлял собой, по существу, первые аэродинамические весы, применяемые для определения подъемной силы и лобового сопротивления модели крыла. Конструктивно он был выполнен в виде тележки, на которой установлена пирамида из стержней. К вершине пирамиды шарнирами крепилась телескопическая труба, уравновешенная гирькой. На выдвигающейся трубке устанавливалась под любым углом модель крыла. Можайский для изучения аэродинамических сил двигал тележку с моделью в неподвижном воздухе. Как известно, в современных лабораториях применяются аэродинамические трубы, в которых согласно принципу обратимости движения воздушный поток набегает на неподвижную модель.

Аэродинамические опыты Можайского, впрочем как и другие работы по созданию первого аэроплана, долгое время оставались неизвестными в России. Причина крылась не только в их секретности, но и в преднамеренном замалчивании в условиях царского режима. После долгих поисков в архивах Военного ведомства исследователями обнаружено свыше 30 документов, составленных Можайским, которые позволяют установить истинный характер и содержание его работ. Теперь мы знаем, что наш талантливый соотечественник был не только выдающимся изобретателем, но и блестящим исследователем. Он вел долгую, кропотливую подготовительную работу, для того чтобы мечта о самолете превратилась в действительность.

Научные исследования Можайского очень важны, так как они отметали старые представления о полете, опиравшиеся на ошибочные положения. Он установил, что существует угол атаки, при котором отношение подъемной силы к силе лобового сопротивления достигает наибольшего значения. Для плоской пластинки, положенной им в основу крыла, этот угол равен 5°. Позже изобретатель предложил установить крыло своего самолета именно под наивыгоднейшим углом атаки. Можайский заложил основы экспериментальной аэродинамики и впервые применил свои выводы в аэродинамическом расчете самолета. Характерно, что все это было сделано им более чем за четверть века до того, как Николай Егорович Жуковский завершил разработку основ аэродинамики. Александр Федорович Можайский по праву считается основоположником аэродинамического расчета самолета.

Но изобретатель не остановился на лабораторных исследованиях. В 1873—1876 годах Можайский дважды поднимался и летал «с комфортом» на воздушном змее с большой несущей поверхностью. Вот как описывался в литературе один из его полетов: «Тройка горячих коней мчит тележку по прямой проселочной дороге вниз по пологому склону. Можайский стоит на повозке, надежно привязанный веревками к большой прямоугольной раме, крепко слаженной из деревянных брусков, обтянутой сверху материей. Словно огромный парус вздувается змей. Еще мгновение, и он поднимается в воздух. Ноги Можайского уже не касаются досок повозки. „Гони“, — кричит он кучеру. И кони мчатся еще быстрее. Молодой крестьянский паренек, сидящий в телеге, крепко держит веревку, которая связывает змей и телегу.

… Расстояние между телегой и змеем растет. Змей набирает высоту. Можайский летит. Ветер растрепал прическу… Он ощущает радость первого полета… Все правильно в расчетах, человек будет летать!»[6].

Полет на змее убедил А. Ф. Можайского, что неподвижное крыло способно создать необходимую подъемную силу, а также показал, что летательный аппарат может быть устойчив в воздухе. Но один-два полета на змее еще не давали основания для выяснения закономерностей, которым подчинена устойчивость воздухоплавательного снаряда. Только систематические опыты с летающими моделями, считал он, позволят осветить множество вопросов и перейти к проектированию самолета. А вопросы касались устойчивости, центровки самолета и мест расположения воздушных винтов.

В сентябре 1876 года Александр Федорович Можайский приехал в Петербург с надеждой получить пособие на продолжение опытов и работ по созданию самолета. Тогда же он изготовил удачную модель «летучки» с пружинным двигателем, которая превосходила известную модель Пено: она не только прекрасно летала, но и несла полезную нагрузку. В один из осенних дней в манеже, где теперь помещается Зимний стадион, собралась столичная публика. На песке манежа был установлен длинный стол. Можайский бережно поставил на него свою «летучку», которая представляла собой лодочку с прямоугольным крылом. В носовой ее части был расположен четырехлопастный винт. Можайский завел пружину и попросил собравшихся отойти от стола. Модель тронулась с места, побежала по столу — и взлетела. В манеже стало тихо-тихо. Миниатюрный воздухоплавательный снаряд летел быстро и устойчиво.

Несколько позже Можайский продемонстрировал свое изобретение Д. И. Менделееву. Эта модель получила высокую оценку ученого и легла в основу проекта самолета, над которым изобретатель трудился более двадцати лет. Когда дело шло к завершению, Можайский представил доклад в комиссию генерал-адъютанта Э. И. Тотлебена с просьбой поддержать работы по созданию и испытанию летающих моделей. Предложение было передано на рассмотрение особой комиссии с участием члена Инженерного комитета генерал-лейтенанта К. Я. Зверева, профессора С.-Петербургского университета Д. И. Менделеева и члена Технического комитета морского министерства полковника П. А. Богословского. Комиссия дважды собиралась, отметив, что автор «в основание своего проекта принял положения, признаваемые ныне за наиболее верные и способные повести к благоприятным конечным результатам»[7]. На основании этих выводов граф Э. И. Тотлебен представил докладную записку военному министру с просьбой выделить изобретателю субсидию в сумме 3 тыс. рублей. Однако в постановлении комиссии содержалось требование, чтобы изготовленные приборы и модели после проведения опытов были сданы Главному инженерному управлению. Военный министр разрешил выдать эту сумму Можайскому, но обязал его представить программу опытов над моделями летательного аппарата.