Мы уже говорили, что применять на самолете отвес с грузом невозможно.

На стоянке шнурок с отвесом будет, вообще говоря, направлен к центру Земли, то есть по направлению истинной вертикали, которая всегда перпендикулярна плоскости горизонта. В полете же отвес может занимать относительно плоскости горизонта самые различные положения. Человек, находящийся в самолете, ощущает действие силы тяжести примерно в том же направлении, что и отвес (рис. 26).

Рис. 26. Направление кажущейся вертикали на самолете, совершающем вираж. 1 — направление силы тяжести на Земле — направление истинной вертикали, 2 — направление силы тяжести, ощущаемой человеком, и направление отвеса в полете при вираже — направление кажущейся вертикали.

Такое направление называют кажущейся вертикалью.

Ясно, что наши ощущения и даже простейшие устройства, вроде отвеса, совершенно непригодны для определения истинной вертикали и горизонта на летящем самолете. Эта задача легко разрешима при помощи гироскопа. Ось гироскопа, как мы знаем, может располагаться по линии истинной вертикали — к центру Земли (рис. 27).

Рис. 27. Положение оси ротора гироскопа в авиагоризонте самолета. 1 — направление истинной вертикали указано стрелкой; 2 — независимо от крена самолета ось гироскопа в авиагоризонте всегда направлена по линии истинной вертикали к центру Земли; 3 — центр Земли.

Такой гироскоп и применяется в авиагоризонте (рис. 28).

Рис. 28. Схема авиагоризонта.

Корпус прибора жестко крепится к приборной доске самолета. Круглое отверстие в передней стенке корпуса закрыто стеклом. На стекле нарисован горизонтальный силуэт самолета, летящего вперед от смотрящего на прибор. За стеклом находится круглый диск. Верхняя половина диска окрашена в голубой или белый цвет, а нижняя — в серый или черный. Горизонтальная линия, разделяющая верхнюю и нижнюю половины, представляет линию горизонта.

Диск авиагоризонта насажен на удлиненную ось, идущую от внутреннего кольца гироскопа. Внутри этого кольца расположен вертикально ротор гироскопа, вращающийся со скоростью свыше десяти тысяч оборотов в минуту. Весит ротор всего около четырехсот граммов. Приводится он во вращение струей воздуха, падающей на лункообразные углубления, имеющиеся по окружности ротора. Внешнее кольцо гироскопа покоится в подшипниках корпуса прибора.

В горизонтальном полете силуэт самолета на стекле прибора совпадает с горизонтальной линией, делящей диск на две половины (рис. 29).

Рис. 29. Различные положения самолета и показания авиагоризонта.

При кренах, снижении или наборе высоты ось гироскопа неизменно направлена к центру Земли. Весь самолет как бы поворачивается вокруг оси ротора. Диск, насаженный на удлиненной оси внутреннего кольца гироскопа, тоже сохраняет свое положение в пространстве неизменным, а силуэт на стекле, поворачиваясь вместе с самолетом, занимает такое положение относительно линии на диске, какое самолет занимает относительно горизонта (рис. 29). Таким образом, пилот видит положение своего самолета относительно горизонта как бы со стороны.

Не меньшую роль играет в полете указатель поворотов. Этот прибор показывает угол поворота самолета вокруг вертикальной оси.

В основе указателя поворотов мы снова обнаруживаем гироскоп. Он находится в свободно подвешенной рамке. Прибор устроен таким образом, что ось гироскопа постоянно удерживается специальными пружинами в положении равновесия (рис. 30).

Рис. 30. Схема авиационного указателя поворотов.

Быстро вращающийся ротор гироскопа, стремясь сохранить свое первоначальное положение, перемещает стрелку, указывающую степень поворота самолета.

Нередко указатель поворотов совмещают в одном приборе с авиагоризонтом. Авиагоризонт с указателем поворотов — лишь один из важнейших гироскопических приборов, необходимых для совершения слепых полетов.

Непосвященный, заглянув в кабину управления летящего самолета, мог бы иногда с удивлением, а возможно и с ужасом обнаружить, что штурвал и педали перемещаются сами собой, словно самолетом управляет человек-невидимка. Пилоты же спокойно сидят в креслах. Один, как дома за столом, закусывает, второй безмятежно читает книжку или дремлет.

Секрет такого полета очень прост.

Почти на всех современных пассажирских и транспортных самолетах обязательно имеется автомат управления полетом — автоматический пилот, или автопилот.

Автопилот способен управлять самолетом по «заданию» летчика, подменяя его при взлете, наборе высоты или совершении поворотов и полете по прямой в направлении заданного курса, выполнять виражи и снижение под заданным углом.

При воздушной качке автопилот ведет самолет даже лучше опытного пилота, более плавно, смягчает толчки и броски самолета.

Бывают и такие автопилоты, которые автоматически выводят самолет из любого положения в горизонтальное, если летчик вынужден почему-либо оставить управление.

Можно, наконец, на борту самолета совместно с автопилотом поместить специальную радиоустановку и управлять таким образом полетом самолета с Земли.

Любопытна история создания автопилота.

Желание автоматизировать полет самолетов возникло одновременно с появлением самих же самолетов.

Первую в мире схему автоматического управления дирижаблем разработал наш соотечественник, знаменитый ученый К. Э. Циолковский в 1898 г. Принцип действия этого автоматического устройства чрезвычайно прост.

На дирижабле нужно иметь источник электрического тока, электромотор, для отклонения руля высоты и чувствительный элемент в виде маятника с переключателями цепи электрического тока (рис. 31).

Рис. 31. Схема автоматического управления продольной стабилизации дирижабля, предложенная К. Э. Циолковским.

В случае «ухода» дирижабля из горизонтального полета маятник отклоняется. Переключатель соединяет соответствующие контакты. От источников питания ток проходит в электромотор, приводя его в движение; электромотор через зубчатую передачу перемещает руль высоты в положение, при котором дирижабль возвращается в горизонтальное положение (рис. 31).

Принципиальная схема автоматического управления, разработанная К. Э. Циолковским, состоит из всех основных элементов, которые имеются в современных автопилотах «непрямого» действия. В таких автопилотах чувствительный элемент воздействует на управление не непосредственно, а через специальную машину, приводящую в движение управление дирижаблем или самолетом.

Конструкции подобных автопилотов относятся к группе маятниковых. «Автоматическое» управление на самолетах за рубежом впервые стали применять на десять-пятнадцать лет позже, чем в СССР, причем в качестве чувствительного элемента использовался… сам летчик.

Примерно в 1910–1911 гг. известный энтузиаст воздухоплавания и авиации бразилец Сантос Дюмон и летчик Кертис для облегчения управления полетом прикрепляли на спине к пиджаку хомутик, который имел связь с рычагом управления самолетом. Когда самолет кренился, пилот инстинктивно, стремясь сохранить вертикальное положение, наклонялся в сторону, противоположную крепу. Прикрепленный к спине рычаг управления перемещался так, что самолет выравнивался.

В то время подобную «автоматику» еще можно было применять. Самолет летал со скоростью около восьмидесяти километров в час. В 1910 г. мировой рекорд скорости полета составлял сто девять километров в час.