Воздушный путь. Книга о летательных аппаратах легче и тяжелее воздуха

Летательные машины

На первых страницах этой книги было сказано вкратце о приборах «тяжелее воздуха». Упоминалось также, что к этому разряду относятся все птицы и летающие насекомые и что полет их происходит совершенно иным образом, чем движение в воздухе всякого аэростата. Как известно, ничего похожего на аэростат в природе не существует; таким образом, изобретая его, человек должен был всю эту задачу разрешить своим разумом, не имея никаких указаний со стороны, не видя никогда никакой модели такого аппарата.

Что же касается до «летательных машин с крыльями», то самые разнообразные модели таких аппаратов человек постоянно видит в природе, и таким-то именно образом устроены и летают все птицы. Казалось бы, людям надо только рассмотреть хорошенько, как сделаны птичьи крылья, какие движения производятся ими в воздухе, да и постараться сделать самим то же самое. И все же аэростаты, представлявшие на первый взгляд более сложную задачу, были изобретены гораздо раньше и свыше 100 лет оставались единственными приборами, поднимавшими и переносившими человека по воздуху. Произошло это потому, что постройка летательной машины, т. е. механической птицы, способной поднять на воздух человека, представляла из себя очень трудную и сложную задачу. Для успешной постройки такой машины, т. е. аппарата тяжелее воздуха, требовался не только талант и настойчивость изобретателя, но и подходящие материалы, умелые рабочие, а главное – достаточно легкий и сильный двигатель. Между тем как для постройки, например, воздушного шара были необходимы лишь простые материалы, которые умели приготовлять уже тысячи лет тому назад, а именно – нетяжелая материя, веревки и лак. Таким образом, если бы во времена Леонардо да Винчи, т. е. около 1500 года и даже значительно раньше, 1000 или 2000 лет тому назад, кто-нибудь знал бы, как сделать аэростат, надуваемый гретым воздухом, он отлично мог бы построить и летать на нем, т. к. все материалы легко могли быть получены. Иное дело с прибором тяжелее воздуха. Если бы 100 или 50 лет тому назад какой-нибудь изобретатель и додумался до устройства летательной машины, например, аэроплана, он не мог бы осуществить его, т. к. не получил бы легких стальных труб, проволок и тросов специальной прочности, много других материалов и, самое главное, подходящего двигателя.

Все эти материалы и приборы не могли, конечно, быть созданы трудами мысли одного человека. Тысячи людей трудились над подготовкой этого всего, не имея в виду летания по воздуху. Легкие стальные трубы создавались для постройки велосипедов и других подобных машин. Легкие и прочные колеса, резиновые шины – для велосипедов и автомобилей. Стальная проволока огромной прочности выделывалась для музыкальных инструментов. Когда я строил свои первые аэропланы[23], проволока для них покупалась в виде фортепьянных струн. Самая же главная часть – бензиновый двигатель, в том виде, в каком он оказался пригодным для летательных машин, был результатом работы многих сотен, если не тысяч, отдельных изобретателей, как наиболее образованных инженеров, так и простых рабочих, трудившихся над ним, вносивших одно за другим изменения и улучшения, устранявших мало-помалу его недостатки, вначале очень серьезные. Моторы такого рода были сперва созданы, чтобы двигать станки и машины на небольших фабриках. Затем их стали строить в огромном количестве для автомобилей. Пришлось потратить много труда и старания, чтобы научиться делать их легкими, т. к. поставить на легкие колеса и раму тяжеловесный мотор было очень неудобно и ненадежно. Если же все начать делать достаточно прочным для старых тяжелых двигателей, то весь автомобиль окажется страшно громоздким, будет легко вязнуть на дороге, и, вообще, им будет неудобно пользоваться. Все сказанное еще в большей степени справедливо по отношению к гоночным автомобилям и моторным лодкам. Понятно, что при одинаковом устройстве и весе как автомобиль, так и лодка будут двигаться тем быстрее, чем сильнее на них двигатель. И вот многие техники и изобретатели трудятся над тем, чтобы облегчить мотор, как только можно. Эти общие усилия приводят к тому, что год за годом двигатели строятся все более легкими. От двигателя гоночной моторной лодки до аэропланного в конце концов осталось сделать только один шаг. И действительно, небольшой французский завод[24], строивший легкие двигатели для гоночных лодок, оказался в состоянии выпустить в Европе в 1905–1906 годах мотор, поднявший на воздух летательную машину с человеком.

Таким образом, создались условия, сделавшие возможным осуществление летательных машин. Все это было необходимо для постройки летательного аппарата, но трудности далеко этим не кончились. Всякому понятно, что без красок, полотна и т. д. нельзя нарисовать картину. Но кроме всего этого, необходим также талант и умение художника. Так же было и с созданием летательных машин. Потребовались огромные усилия и работа человеческого разума, чтобы из всех этих материалов создать машину, которая, в конце концов, смогла осуществить то, о чем люди мечтали долгие тысячелетия, а именно – поднять человека на крыльях на воздух.

Ознакомимся теперь подробнее с тем, как могла быть построена летательная машина. Всякий наблюдательный человек может обратить внимание на то, что машины, создаваемые руками человека, всегда делаются несколько иначе, чем живые механизмы, т. е. части тела животных, служащие примерно для той же цели. Автомобиль, повозка и т. д. всегда делаются на колесах, тогда как все животные передвигаются с помощью ног. Точно так же рыбы двигаются в воде с помощью плавников, а пароходы с помощью вращающихся колес или винтов, действующих иначе, чем хвост или плавники рыбы, но нисколько не хуже. Того же самого следовало ожидать и с приборами для летания по воздуху. И если некоторые мечтатели, особенно в прежнее время, думали сделать себе крылья наподобие птичьих, то все серьезные изобретатели знали, что следует идти другим путем и строить не подобие животного, а машину. И делать эту машину надобно сознательно, т. е. точно зная как, почему и для чего делается каждая часть ее; какую именно работу хотят получить от каждой отдельной части и от всей машины в целом. А самое главное – надо совершенно точно знать, почему именно можно рассчитывать, что как части, так и вся машина будет делать всю работу, которую ожидает получить изобретатель.

Чтобы ознакомиться несколько с условиями полета, конечно, полезно было наблюдать птиц, но во всем, что касалось постройки летательных аппаратов, приходилось идти своим самостоятельным путем, т. е. надо было сообразить и ясно понять, при каких условиях и почему воздух будет держать на себе летательную машину, возможно ли создать искусственно такие условия и если можно, то как именно.

Понятно, что для того, чтобы летательная машина поднялась на воздух, необходимо, чтобы на части ее, проще говоря, на крылья давил воздух. Понятно также, что он должен давить снизу вверх и притом с достаточной силой. Известно, что движущийся воздух, т. е. ветер может с большой силой давить на крылья ветряной мельницы, паруса корабля и т. д. Если в ветреный день стать на высоком, открытом месте и держать в руках лист картона или тонкую дощечку, то давление ветра на эти предметы будет ясно чувствоваться. В совершенно тихую погоду при таких же условиях никакого давления не будет, но если в тихую погоду высунуть ту дощечку из окна быстро идущего поезда, почувствуется давление как в сильный ветер. Если, наконец, в безветренную погоду, оставаясь на месте, начать быстро махать этой дощечкой, то во время взмаха можно вновь почувствовать, что воздух сопротивляется ее движению, давит на нее. Воздух при этом всегда давит с той стороны, откуда дует ветер, иначе говоря, давит в сторону, противоположную движению. Понятно, что если скорость ветра или движения одинаковы, то сила, с которой давит воздух, будет тем большей, чем больше поверхность того предмета, на который дует ветер. Если он будет в два раза или в пять раз больше, то и сила давления будет в каждом случае приблизительно в два или в пять раз большая. Во всех случаях считается, что доска или лист картона поставлены поперек движения так, что ветер дует на всю их поверхность. Если каждый их этих предметов поставить боком так, чтобы ветер дул на ребро, то сила давления будет в несколько раз меньшей, т. к. в этом случае воздух давит целиком только на узкое ребро. Всякому хорошо известно, что сила давления будет тем большей, чем сильнее ветер, т. е. чем быстрее движется воздух[25].

Но не все знают, что сила давления увеличивается не так, как скорость ветра или движение, а гораздо быстрее. Выражаясь точно, надо сказать, что сила давления воздуха пропорциональна квадрату скорости. Это значит, что если скорость увеличилась в два раза, то давление будет не в два, а в четыре раза больше. Если скорость увеличилась в три раза, то давление возрастет в девять раз и т. д.

Когда все это было выяснено, то оказалась возможным высчитывать наперед, с какой приблизительно силой воздух будет давить на такую или иную плоскость, движущуюся с той или иной скоростью. Для этого поступают таким образом. Раз навсегда было точно измерено, с какой силой давит ветер, например, в 10 верст в час на доску или какой-нибудь плоский предмет размером в 1 квадратный аршин[26]. Оказалось, что при таких условиях сила давления всегда будет, приблизительно, 9/10 фунта.

Предположим, что надо узнать с какой силой воздух давил бы на большую плоскость, скажем в 20 кв. аршин, если бы его скорость была 50 верст в час. Легко понять, что на 20 кв. аршин при скорости в 10 верст в час давление было бы в 20 раз больше, чем на один кв. аршин, т. е. 18 фунтов. Но если скорость будет в пять раз большей, то давление будет в 5 × 5, т. е. еще в 25 раз большим. Значит в условиях, о которых говорится, воздух будет давить на такую плоскость с силою в 450 фунтов, т. е. 11¼ пудов. Если бы сделать такую плоскость достаточно легкой, например, в 5 пудов весом и если бы, так или иначе, получить на нее снизу ветер в 50 верст в час, то такая поверхность должна была бы подняться на воздух, да еще могла бы поднять одного человека.

Из вышесказанного должно стать понятным, какую основную цель должен был иметь строитель летательной машины. Он должен был сделать свой аппарат и заставить его части двигаться таким образом, чтобы воздух давил на эти части или, как их обычно называют, плоскости или крылья, снизу вверх. Это сравнительно легко сделать, гораздо труднее было следующее: необходимо, чтобы он давил с достаточной силой. Надо, чтобы сила давления – если ее, например, измерить или сосчитать в фунтах – была большей, чем вес всей летательной машины со всеми принадлежностями, с пассажирами и т. д.

Ознакомимся теперь еще ближе с тем, какими способами можно было бы заставить воздух давить на крылья летательной машины в том направлении, которое необходимо. Как было указано выше, воздух давит на пластинку, которая в нем движется в направлении, обратном движению. Если надобно, чтобы воздух давил кверху, то, значит, пластинку или крыло надо двигать книзу. Иначе говоря, надо, чтобы в такой летательной машине крыло делало сильный взмах и загребало всей своей поверхностью воздух книзу, а потом возвращалось наверх, возможно меньше задевая за воздух. Понятно, что крыло поддерживает при таких условиях аппарат только тогда, когда оно движется вниз. Идя вверх, оно никакой силы на давало бы. Поэтому пришлось бы делать две пары крыльев и заставить их действовать так, чтобы когда одна пара загребает воздух вниз, другая пара взмахивала бы кверху и т. д. так, чтобы всегда воздух давил на какие-нибудь крылья снизу. Приблизительно таким образом работают крылья некоторых летающих насекомых. Все вообще летающие животные имеют крылья, движущиеся попеременно вверх и вниз, и полет их всегда несколько похож на описанный. Понятно поэтому, что и немалое число изобретателей думали над устройством машины с бьющими крыльями.

Такой прибор носит название орнитоптер. Человеку, знакомому с техникой, будет, однако, понятно, почему осуществление такого прибора является делом очень трудным, чтобы не сказать невозможным. Простой расчет, вроде того, какой был приведен выше, показывает, что для взлета такой машины понадобилось бы, чтобы крылья, которые при взмахе опускаются на целую сажень, делали по несколько взмахов в одну секунду. На одни только эти резкие взмахи, не считая загребания воздуха, потратится работа сильного двигателя. Наконец, какой крепостью должны обладать эти крылья, чтобы выдержать непрерывные толчки, получаемые от двигателя. Но ведь, кроме прочности, от летательной машины, а значит и от каждой ее части, требуется большая легкость. Все перечисленное и многие другие подробности послужили причиной того, что ни один летающий прибор с движущимися наподобие птичьих крыльями никогда еще не был построен, и в настоящее время этот тип, т. е. орнитоптер, совершенно оставлен[27].

Мы уже ознакомились в этой книге с тем, что, например, простой вращающийся пароходный винт мог отлично заменить работу плавников рыбы. Естественно было и в воздухоплавании постараться заменить очень сложное и трудноисполнимое движение крыльев птицы каким-нибудь простым, которое было бы легко получить с помощью известных людям технических средств. Нетрудно догадаться, что таким простым движением было вращение воздушного винта, действующего таким же образом, как и пароходный. Так как воздух гораздо легче воды[28], то естественно было, что воздушный винт должен быть сравнительно большим, легким и должен вращаться быстро. Всякий вертящийся винт гонит вещество, в котором он действует, например воду или воздух, в одну сторону по тому направлению, как стоит его ось. Но, в свою очередь, он всегда испытывает на себе давление в противоположную сторону. Таким образом, винт парохода гонит воду назад, толкая за счет этого весь пароход вперед, иногда силою в 10000 пудов и более.

Нетрудно догадаться теперь, как можно было использовать эти свойства винта для постройки летательной машины. Надобно было сделать достаточных размеров легкий воздушный винт, поставить его таким образом, чтобы он с силой гнал поток воздуха прямо вниз. В этом случае обязательно получится давление со стороны воздуха на весь винт, которое будет тянуть его прямо кверху. Если это давление будет большим, чем вес винта мотора, который его вращает, и всей машины со всем, что на ней находится, то такой прибор должен будет подняться на воздух. В его осуществлении не встречается таких трудностей, как в постройке орнитоптера. Наоборот, все части и органы такого аппарата, называемого геликоптером, смогут быть легко осуществлены и, вообще, хорошо известны в технике.

Мысль о таком аппарате впервые встречается более 400 лет назад у Леонардо да Винчи, который на одном из своих рисунков изобразил геликоптер с винтами, вращаемыми с помощью рукояток человеком. В течение 19-го столетия было построено много моделей геликоптеров, приводившихся в движение закрученной резинкой, пружиной и даже легкой паровой машиной. Все это были маленькие аппараты, весившие от малой доли фунта до нескольких фунтов.

Самый крупный из них, построенный в 1878 году итальянским профессором ФОРЛАНИНИ, весил около 2 пудов, приводился в действие паровой машиной, развивавшей около трех лошадиных сил, и был способен самостоятельно подняться на воздух и продержаться в нем до двадцати секунд. С появлением легких бензиновых двигателей многие изобретатели стали пробовать осуществить уже не модель, а настоящий геликоптер, достаточно крупный и мощный, чтобы поднять на воздух человека.

Вертолет Форланини

Многим удалось получить очень интересные и полезные для науки сведения, но машины, которая действительно летала бы по воздуху с пассажирами, пока не сделал еще никто. Причиной этому являются некоторые основные присущие геликоптеру недостатки. Главный из них тот, что винты такого аппарата на каждую лошадиную силу поднимают слишком мало груза. Поэтому очень трудно сделать прибор столь легким, чтобы он с двигателем, с винтами и с человеком весил так мало, чтобы тяга винтов подняла его на воздух. Однако выше было сказано, что небольшие геликоптеры много раз строились и отлично летали; неужели же нельзя построить машину побольше, которая действовала бы таким же образом?

Здесь оказывается весьма серьезное затруднение: дело в том, что практически, в маленьком приборе можно получить на каждую лошадиную силу двигателя гораздо больше тяги, чем в большом. Мною был в 1908 году построен маленький геликоптер, весивший не более ¼ фунта, приводившийся в движение резинкой и отлично летавший. Силу, даваемую скрученной резинкой в течение нескольких секунд действия, можно было довольно точно померить. Весь приборчик можно было взвесить и, таким образом, подсчитать, что на целую лошадиную силу пришлось бы около 100 фунтов тяги. В описанном выше аппарате инж. Форланини значительно больших размеров на каждую силу можно было поднять уже всего только 28 фунтов. Наконец, в настоящем большом геликоптере, который был построен мною в 1910 году, с мотором в 25 лош. сил, на каждую лошадиную силу удалось получить лишь около 18 фунтов подъемной силы. Если бы взять в одинаковых условиях двигатель не в 25, а в 100 лош. сил, то общая тяга винтов, конечно, стала бы большей, но не в четыре раза, а примерно раза в три, т. е. тяга винтов геликоптера на каждую лошадиную силу стала бы еще меньше.

Таким образом, если бы кто-нибудь построил маленькую модель, а потом стал бы делать настоящий большой геликоптер, то могло бы получиться следующее: допустим, что мотор взят в 10 раз сильнее; такой двигатель будет приблизительно в 10 раз тяжелее, возьмет в 10 раз больше бензина и масла и т. д., кроме того, ось, зубчатые колеса, винты и все прочие части, которые будут испытывать на себе действие мотора в 10 раз более сильного, должны быть сделаны во столько же раз крепче, а значит, и тяжелее. Таким образом, весь аппарат окажется в 10 раз тяжелее, а подъемная сила винтов будет не в 10, а всего в 7–8 раз большей. Вот и получится, что модель летала отлично, а построенный большой аппарат не может отделиться от земли.

Однако благодаря развитию техники, разные части для воздухоплавательных машин, моторы и т. д. становятся все более легкими и лучше исполняющими свою работу. Так, например, мотор нового типа в 100 лош. сил и винт к нему делаются теперь значительно легче, чем 10 лет тому назад. А, кроме того, и винты теперь делаются лучше и с теми же 100 лош. силами они «тянут» сильнее, чем делавшиеся 10 лет тому назад.

Так что, если до сих пор и не удавалось построить геликоптер, поднимающий людей на воздух, то в самое ближайшее время, а может быть уже и теперь, это сделать можно. Тем более, что некоторым из строившихся геликоптеров оставалось совсем немного, чтобы подняться на воздух.

Недостатки геликоптера надо всегда иметь в виду. Геликоптер имеет слабую подъемную силу, т. е. с помощью мотора, например, в 100 лош. сил можно поднять 20–30 пудов, а с помощью другого типа летательных машин – аэроплана можно взять до 60 пудов. В каждом случае, чтобы прибор поднялся на воздух, надо, чтобы его полный вес с мотором, с пассажирами, запасом бензина и т. д. был меньшим, чем подъемная сила, даваемая его крыльями или винтами.

Из этих цифр станет понятным, почему мотор и материалы, достаточно легкие для аэроплана, для геликоптера требуются еще большей легкости. Геликоптер имеет еще один крупный недостаток. Дело в том, что для аэроплана остановка мотора в воздухе не представляет опасности и он всегда может плавно и спокойно достигнуть земли, тогда как геликоптер в случае остановки двигателя в воздухе упадет на землю и разобьется, а находящиеся на нем люди почти наверное погибнут. Значит, здесь надо придумывать какие-нибудь особые спасательные приборы, например, парашют, с помощью которых все же едва ли удастся получить ту безопасность, которой аэроплан обладает сам по себе, т. е. без всяких специальных приспособлений. Значит ли это, что над геликоптером не стоит думать так же, как и над прибором с бьющими крыльями – орнитоптером? Нет, ни в каком случае. Геликоптер можно осуществить, и он был бы очень полезен как вспомогательное средство, т. к. он имел бы одно весьма ценное преимущество перед аэропланом – правильно созданный геликоптер должен быть в состоянии взлетать с любого места без разбега и садиться на землю, не имея огромной скорости движения.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Примечания

1

Имеется в виду русский фунт, равный 0,41 кг. (Прим. ред.).

2

Воздух, окружающий землю, называется атмосферой. (Прим. авт.).

3

1 верста = 1,067 км. (Прим. ред.).

4

1 фут = 0,305 м. (Прим. ред.).

5

Пилатр де Розье и его компаньон Ромэн погибли 15 июня 1785 г., когда во время попытки перелететь через пролив Ла Манш их воздушный шар загорелся в воздухе. Однако первая катастрофа с воздушным шаром произошла раньше – 5 июня 1784 г. Это случилось в Испании; на высоте около 30 метров от искры загорелась оболочка монгольфьера, воздухоплаватель выпрыгнул из корзины и разбился насмерть. (Прим. ред.).

6

Такой управляемый аэростат с двигателем называется дирижаблем. (Прим. ред.).

7

1 пуд = 16,38 кг. (Прим. ред.).

8

Здесь автор ошибается. Из-за ветра, сносившего дирижабль с намеченного маршрута, Жиффару не удалось вернуться к месту старта, и он был вынужден приземлиться в окрестностях Парижа. (Прим. ред.).

9

1 дюйм = 2,54 см. (Прим. ред.).

10

Такие размеры имеют цилиндры среднего воздухоплавательного мотора. Вообще же бывают двигатели с гораздо большими и гораздо меньшими цилиндрами в зависимости от своей силы. (Прим. авт.).

11

Открывание и закрывание клапанов производится самим мотором. Для этой цели в нем имеется особый небольшой валик, вращаемый главным валом. На этом добавочном валике имеются выступы – кулачки, которые в нужное время нажимают на клапан и заставляют его приоткрыться, сделав, таким образом, возможным доступ для смеси во внутренность цилиндра или выход ее оттуда. (Прим. авт.).

12

По большей части даже ранее, а именно – в конце второго действия. (Прим. авт.).

13

В быстроходных двигателях даже ранее, а именно – в конце третьего действия. (Прим. авт.).

14

В воздухоплавании часто на ось мотора прямо прикрепляют воздушный винт. В этом случае можно обходиться и без маховика. (Прим. авт.).

15

Так делается в большинстве воздухоплавательных моторов. В других, обычно, цилиндры отливаются целиком из чугуна так, чтобы внутри их стенок оставалось такое же свободное пространство. (Прим. авт.).

16

Строились несколько раз также аэростаты, двигавшиеся работой людей, вертевших ось винта. Это было еще хуже, чем с паровыми или электрическими машинами. (Прим. авт.).

17

Анри Дейч де ла Мер. (Прим. авт.).

18

Эйфелева башня – высокая железная башня, построенная в центральной части Парижа инженером Эйфелем. (Прим. авт.).

19

Изобретатель, бывший довольно богатым человеком, не пожелал ничего взять себе из этих денег. Он отдал 50000 ф. своим механикам и рабочим, строившим аппарат, а 75000 ф. пожертвовал на бедных города Парижа. (Прим. авт.).

20

Следует упомянуть, что проект такого аэростата с жестким остовом и надетой на него оболочкой был сделан задолго до графа Цеппелина русским инженером Костовичем. К сожалению, изобретателю не хватило средств для осуществления своих планов. (Прим. авт.).

21

Ижорский судостроительный завод, расположенный под Петербургом. (Прим. ред.).

22

Полет этот был совершен в конце войны. Аэростат этот был отправлен, чтобы завести сношение с небольшим отрядом германских войск, долгое время не имевшим связи с родиной. (Прим. авт.).

23

В Киеве в 1909–1910 годах. (Прим. авт.).

24

Завод Антуанет в Париже. Строителем мотора был инженер Левавассер. (Прим. авт.).

25

Сила ветра, обыкновенно, меряется именно скоростью, с какой движутся массы воздуха. Поэтому и говорят, например, ветер в 40 верст в час. Во время бури ветры дуют иногда со скоростью 120 верст в час и выше. (Прим. авт.).