ג'ורג' קיילי

ג'ורג' קיילי
George Cayley

לידה	27 בדצמבר 1773 סקרבורו, ממלכת בריטניה הגדולה
פטירה	15 בדצמבר 1857 (בגיל 83) Brompton, הממלכה המאוחדת
מקום קבורה	Church of All Saints, Brompton-by-Sawdon
בן או בת זוג	Sarah Walker (9 ביולי 1795–?)
צאצאים	Katherine Cayley, Sarah Philadephia Cayley, Isabella Cayley, Emma Cayley, Sir Digby Cayley, 7th Bt.

הברונט השישי, סר ג'ורג' קיילי (באנגלית: George Cayley; ‏27 בדצמבר 1773 – 15 בדצמבר 1857), היה מהנדס, ממציא וחלוץ תעופה אנגלי, בנוסף להיותו בעל אחוזה, פוליטיקאי וחבר הפרלמנט הבריטי מטעם המפלגה הוויגית. קיילי נחשב למעצב עקרונות האווירודינמיקה, למדען האמיתי הראשון בתחום התעופה, ויש הרואים בו אבי התעופה המודרנית ומהנדס האווירונאוטיקה הראשון. בין השאר, קיילי נחשב לזה שהציג לראשונה את רעיון כלי הטיס הכבד מן האוויר, בעל הכנף הקבועה, וכן, זה שפיתח את הכנף בעלת הפרופיל האווירודינמי.

תגליותיו והעקרונות שגילה וניסח משמשים, כאבן יסוד, את העוסקים בתחום התעופה עד ימינו.

עם זאת, עבודתו לא הוגבלה לתעופה, והקיפה תחומים רבים ושונים, כמו אופטיקה, חשמל, אקוסטיקה, בליסטיקה, תחבורה, ניקוז, פיתוח פרוטזות ועוד. בין היתר, קיילי הציג, כממציא או כמפתח, מתקנים ורכיבים הנדסיים שונים. בין אלה ניתן למנות את גלגל החישורים, בעל תיילי המתכת הנמתחים, את ההינע הזחלי ועוד.

ביוגרפיה

קיילי נולד בברומפטון-ביי-סאודון (Brompton-by-Sawdon), כ-13 ק"מ מסקרבורו אשר ביורקשייר, אנגליה. כבר בגיל צעיר הראה נטייה בולטת למדע ולהנדסה, וכפי שנתגלה בשנת 2007, עת נמצאו מחברות בית הספר שלו, כבר כנער התעניין גם בתחום התעופה. בשנת 1792, אביו, הברונט החמישי, הלך לעולמו, וג'ורג' קיילי בן ה-19, ירש, נוסף לתואר ברונט, אחוזה ונכסים ניכרים באזור מגוריו. בשנת 1795 ג'ורג' קיילי נישא לשרה ווקר (Walker), בתו של המורה למתמטיקה שלו, וחווה עמה שנים רבות, קרוב ל-60, של נישואין מאושרים. לזוג נולדו עשרה ילדים, שלושה מהם הלכו לעולמם בגיל צעיר מאד. מצד אחד, מצבו הכלכלי השפיר אפשר לקיילי להתמסר לנטייתו לעסוק בפרויקטים הנדסיים שונים, אך מצד שני, אולץ מגיל צעיר להקדיש זמן לניהול האחוזה והנכסים אשר עברו לבעלותו. כמו כן, מעמדו החברתי הרם, הביא להקדשת זמן וכוח רבים לצרכים ציבוריים שונים.

עבודתו ההנדסית

אם כי עיקר תרומתו מאריכת הימים של קיילי הייתה בנושא התעופה, תחומי ההתעניינות של קיילי היו רחבים. בין היתר, קיילי המציא את גלגל החישור העושה שימוש בתיילי מתכת מתוחים (המשמש עד ימינו באופניים, למשל), פיתח סירת הצלה המתאזנת מעצמה, את מערכת ההינע הזחלית, המשמשת עד ימינו בטרקטורים ובטנקים. מספר אסונות רכבת, אשר הומצאה ונכנסה לשירות הציבור במחצית הראשונה של המאה ה-19, הניעוהו להציע מערכת אוטומטית אשר תפקח על צמתי מסילות ברזל. מערכת כזאת תוכננה על ידו, אך לא נבנתה. קיילי הציע שיטה אופטית להערכת איכותם של מים, ואכן, שיטה זו יושמה בהמשך בנהר התמזה. כן פיתח דגם מוקדם של מנוע בערה פנימית, המונע באמצעות אבק שרפה, אם כי עמד בעצמו על הצורך בחומר דלק חלופי. קיילי המציא סוג של חגורת בטיחות, ועוד.

תרומתו לחקר האווירונאוטיקה

עיקר התעניינותו ומאמציו של קיילי הוקדשו לתחום התעופה. תחום זה רשם באותה תקופה את הצלחותיו הראשונות, עת האחים הצרפתים מונגולפיה הטיסו בהצלחה כדור פורח. שיטות עבודתו של קיילי בתחום התעופה נבדלו בכמה מרכיבים חשובים מאלה של קודמיו.

שחזור מודל ההליקופטר של קיילי

הדאון של קיילי ב-Mechanics Magazine, 1852

כמעט כל קודמיו של קיילי ניסו לחקות, בדרך זו או אחרת, את מעוף הציפורים. כלומר, הניסיונות לטוס התבססו על נפנוף כנפיים. קיילי, לעומת זאת, לאחר כמה ניסיונות ראשוניים כושלים, הגיע למסקנה כי אין תוחלת, לפחות בטכנולוגיה של זמנו, לניסיון לחיקוי הציפורים. מכאן ואילך, קיילי התרכז בבניית כלי טיס בעלי כנף קבועה. בנוסף, בניגוד למרבית ניסיונות התעופה הקודמים, קיילי לא ניסה לטוס בעצמו, ובכך נמנע מהתרסקויות ומפציעות אפשריות, וכן מן העיכובים הכרוכים בכל אלה. במקום זאת, הוא ביצע את מחקריו התעופתיים באמצעות מודלים בגודל של טיסן. את אלה ערך תוך שימוש במעין מנהרת רוח. כדי לנצל את כלי הטיס שבנה, לצורך שימוש חוזר, קיילי התקין עבורם גלגלי נחיתה, וכיוון שניסה להקטין את משקלם ככל האפשר, המציא לשם כך את גלגל החישורים.

קיילי פירק את בעיית התעופה לשלושה מרכיבים: העילוי, הדחף והשליטה על כלי הטיס, כאשר לכל מרכיב ניסה למצוא פתרון נפרד. בשנת 1799, קיילי הגה את הצורה הבסיסית של המטוס המודרני: זוג כנפיים ישרות, גוף מוארך וצר וזנב בצורת צלב.

קיילי זיהה וניסח את הכוחות הפועלים על כלי טיס: כוח עילוי, גרר, דחף ובנוסף, כוח המשיכה של כדור הארץ, או משקלו העצמי. תרומה תאורטית נוספת של קיילי, הייתה העמידה על חשיבותו של הדיהדרל (נטייה קלה כלפי מעלה של הכנפיים) ליציבות כלי הטיס. בשאיפתו לייצב את כלי הטיס שבנה, קיילי קבע את מרכז הכובד מתחת לגובה הכנפיים. בהמשך המאה ה-19, תרמו מחקריו לפיתוח הגלישה האווירית. באשר לטיסה ממונעת, רמת הטכנולוגיה של זמנו, ועוד עשרות שנים אחר כך, לא איפשרה מנועים חזקים מספיק כך שכוח העילוי יהיה גדול ממשקלם, וכן ממשקל כלי הטיס ומטענו.

בשנת 1804 קיילי החל לכתוב חיבור בשם "ניווט אווירי" (Aerial Navigation), אותו השלים לאחר כארבע שנים. חיבור זה התפרסם, בשלושה חלקים, בשנים 1809–1810.

הגלשן הראשון שקיילי הטיס בהצלחה, בשנת 1804, יכול להיחשב לכלי הטיס המודרני הראשון. כלומר, נבנה וטס על פי העקרונות ההנדסיים והפיזיקליים אותם ניסח קיילי עצמו.

בשנת 1816 קיילי העלה את רעיון ספינת האוויר. בין היתר ציין כי צורת הכדור, אשר אפיינה את הכדורים הפורחים של ימיו, אינה יעילה לצורך תנועה אווירית מכוונת.

בשנת 1843, קיילי העלה לראשונה את הרעיון ולפיו הכנף יכולה לשנות את צורתה, בהתאם לתנאי הטיסה ולצורכי ניהוג המטוס. ב-1849, לאחר שקרוב ל-30 שנה כמעט שלא עסק בענייני תעופה, קיילי תכנן ובנה כלי טיס דו-כנפי, וילד בן עשר, אשר זהותו אינה ידועה, טס בו. ב-1853 קיילי תכנן גרסה מוגדלת של אותו כלי טיס, ועליו טס מבוגר: נהג כרכרתו של קיילי (קיילי עצמו היה בן 79 באותה העת), לאורך של כ-275 מ'. הנחיתה הייתה קשה, אך הנהג יצא ללא פגע, ועל פי המסופר, ציין בפני קיילי כי נשכר כדי לנהוג בכרכרות ומוטב שיסתפק בכך.

שחזור של הגלשן האווירי של קיילי, במוזיאון האווירי ביורקשייר

מסוק

צעצוע סביבון סיני בגרסתו היפנית

הרעיון העקרוני של המסוק הועלה עוד לפני הספירה בצורת צעצוע סביבון סיני שנראה כמו מדחף של מטוס מוקדם, המחובר במרכזו למקל ארוך ומסוּבב באמצעות האצבעות. לאונרדו דה וינצ'י הגה את גרסתו למסוק שהיה בעצם סוג של בורג אוויר בהשראתו של בורג ארכימדס. התרשים צויר בשנת 1483, אך פורסם רק בסוף המאה ה-18. בשנת 1754, פיתח מיכאיל לומונוסוב הרוסי מכשיר בעל רוטור קואקסיאלי (שני רוטורים המורכבים אחד מעל לשני) שהונע על ידי קפיץ.

תרשים של "הבורג האווירי" של לאונרדו דה וינצ'י

בשנת 1783 פיתחו שני הצרפתים קריסטיאן דה לונואה (Christian de Launoy) יחד עם ביינוונו (Bienvenu) גרסה משלהם לצעצוע הסיני, שהיה בעצם שני רוטורים המורכבים על מוט זה לצד זה, כאשר את תפקיד הקפיץ לקחה קשת קטנה. כאשר השתחררה הקשת, היו מסתובבים הרוטורים, שהיו עשויים מארבע נוצות תרנגול הודו, ומעלים את המכשיר גבוה באוויר. בהשראת דגמים אלו, פרסם המתמטיקאי הצרפתי פאוקטון (A. J. P. Paucton) מאמר מדעי בשנת 1768, המציג את אחד הרעיונות הראשונים למסוק נושא אדם.

ג'ורג' קיילי התעניין רבות בצעצוע הסיני ויצר מספר דגמים מוצלחים אשר פעלו בעזרת קפיצי שעון. בשנת 1804 בנה קיילי את מנגנון הזרוע המסתחררת (whirling arm) שבו נעזר בחישובי עילוי וגרר. מנגנון זה היה בין המכשירים הראשונים ששימשו למחקר אווירונאוטי. בשנת 1843, לאחר שפרסם מספר מאמרים על עקרונות התעופה, פרסם קיילי מאמר המציג כלי טיס המשתמש בשני זוגות רוטורים המורכבים זה לצד זה. ההנעה קדימה התאפשרה על ידי מדחף סטנדרטי שהורכב באחורי הרכב שכונה 'הכרכרה האווירית'. בזמן טיסה קדימה, תוכננו להבי הרוטור להתיישר למצב אופקי וליצור דיסקות סיבוב מושלמות כדי להוות כנפיים עגולות. קיילי שיער שיידרש מנוע חדש וחזק "בעל הספק כוח גדול ביחס למשקל המנוע".

צניחה

לקיילי היה חלק-מה בהתפתחות הצניחה, תחום המשיק לתחום התעופה. הוא היה נוכח בצניחה הראשונה אשר נערכה באנגליה, ב-21 בספטמבר 1802. צניחה זו, מגובה של כ-900 מ', הושלמה בהצלחה, אך המצנח, בצורת חצי כדור, היה מאוד בלתי יציב בעת שהצנחן עשה דרכו מטה. כתוצאה, הצנחן, הצרפתי אנדרה-ז'אק גרנרן (Garnerin), היה חש ברע לעיתים קרובות, וסובל מבחילות והקאות. כדי להתגבר על חוסר היציבות, קיילי הציע לתכנן את המצנח כך שיהיה בצורת כיפה חרוטית, במקום בצורת חצי כדור.

ב-24 ביולי 1837 ערך הצייר והמדען החובב רוברט קוקינג (Cocking) ניסיון צניחה באמצעות מצנח שכלל את השיפורים שהציע קיילי. אלא שהמצנח, שהיה כבד מדי והותקן ברשלנות, על ידי קוקינג עצמו, התפרק בעודו באוויר. קוקינג נהרג, והיה הקורבן הראשון בהיסטוריה של תאונת צניחה.

עבודתו הציבורית

כתובת זיכרון במכון הפוליטכני אותו יסד קיילי, ברחוב ריג'נט 309

קיילי כיהן כחבר פרלמנט מטעם סקרבורו בין השנים 1832 ל-1835, ושוב ב-1838. בפעילותו הציבורית, קיילי עשה מאמץ לקדם את המדע בבריטניה. קיילי ניסה להקים מספר פעמים, ללא הצלחה, אגודה אווירונאוטית בריטית, וזאת כדי, כפי שהתבטא, שבריטניה תזכה לתהילה בזכות פעילותה החלוצית בפתיחת נתיבים באוקיינוס האווירי הפתוח לכל והאינסופי. כן ייסד שתי אגודות מדעיות, בהן גם שימש כחבר. 'האגודה הפילוסופית של יורקשייר' (YPS) (Yorkshire Philosophical Society) ו'האגודה הפילוסופית של סקרבורו' (SPS) (Scarborough Philosophical Society). ב-1831, נטל חלק בייסודה של 'האגודה הבריטית לקידום המדע' (BA) (British Association for the Advancement of Science), בה שימש גם כחבר.

לקריאה נוספת

• Charles Harvard Gibbs-Smith, Notes and Records of the Royal Society of London, Vol. 17, No. 1 (May, 1962), pp. 36–56
• Gibbs-Smith, C.H. Aviation. London, NMSO, 2002
• Gerard Fairlie and Elizabeth Cayley, The Life of a Genius, Hodder and Stoughton, 1965.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא ג'ורג' קיילי בוויקישיתוף

עקרונות התעופה של קיילי, מודלים וטיסנים

• biography/Sir-George-Cayley-6th-Baronet ג'ורג' קיילי, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• ג'ורג' קיילי, באתר "Find a Grave" (באנגלית)

• Cayley's principles of flight, models and gliders

הטיסנים של קיילי

• Cayley's gliders
• Some pioneers of air engine design
• Sir George Cayley – Making Aviation Practical
• Sir George Cayley
• "Sir George Cayley - The Man: His Work" a 1954 Flight article
• "Aerodynamics in 1804" a 1954 Flight art
• "Cayley's 1853 Aeroplane" a 1973 Flight article
• Ackroyd, J.A.D. "Sir George Cayley, the father of Aeronautics". Notes and Records of the Royal Society of London 56 (2002) Part 1 (2), pp167–181, Part 2 (3), pp333–348
• Cayley's Flying Machines