Циолковский. Его жизнь, изобретения и научные труды
Шрифт:
«Новое о моем дирижабле».
«Дирижабль из волнистой стали».
1930 г.
«Стальной дирижабль».
«Проект металлического дирижабля на 40 человек».
1931 г.
«Дирижабли».
«Атлас дирижабля из волнистой стали».
Кроме этих работ, печатавшихся на протяжении почти четырех десятилетий, у Циолковского имеется еще ряд неопубликованных сочинений, а также изобретений.
< image l:href="#"/>III. Как надо изобретать
Метод работы Циолковского
Глубоким
Лаборатория его изобретательской деятельности в полном свете выступает на примере первого его детища — дирижабля. Проект воздушного корабля собственной системы зародился в уме Циолковского не как случайное озарение, а в результате настойчивой исследовательской работы. Конечно, первоначальный толчок творческой мысли дало усилие воображения. «Сначала неизбежно идут мысль и фантазия. За ними шествует научный расчет. И уже в конце концов исполнение венчает мысль. Нельзя не быть идее: исполнению предшествует мысль, точному расчету — фантазия» — так характеризует Циолковский последовательные этапы изобретательской работы. Когда он впервые стал размышлять о своем «аэронате» (слова «дирижабль» еще не существовало) и о благодетельных последствиях его введения в нашу хозяйственную жизнь, перед воображением изобретателя рисовалась картина будущего:
«Тысячи блестящих воздушных кораблей, как птицы, во всех направлениях пересекают атмосферу. Каждый городок, каждая деревушка делаются как бы портовым городом, потому что к удобствам суши присоединяются удобства океана».
Идея эта, появившаяся в уме Циолковского еще в «период поголовного отрицания управляемости аэростатов», получает у него в дальнейшем солидное научное обоснование. Он исследует проблему управляемого воздухоплавания аэродинамически, т. е. стремится обосновать ее на законах сопротивления воздуха. Известно, что, двигаясь через воздух, предметы встречают с его стороны сопротивление, которое сказывается в замедлении движения. Как велико замедление, зависит от целого ряда причин, выяснением которых и занимается особая наука — аэродинамика. В те годы, когда с этими вопросами столкнулся Циолковский, разработанного учения о сопротивлении воздуха почти не существовало. Ему пришлось отыскивать законы аэродинамики самостоятельно.
Сопротивление воздуха
Кто не знаком с законами воздушного сопротивления, тому может показаться, что помеха, оказываемая воздухом движущимся телам, не так велика и что не стоит с нею серьезно считаться. Насколько подобное суждение опрометчиво, показывают следующие примеры. Попробуйте предвидеть, какое из двух тел встречает со стороны воздуха большее сопротивление: круглая пластинка (движущаяся перпендикулярно к своей плоскости) или же такого же поперечника шар? Многие ответят, вероятно, что большее сопротивление в воздухе встречает шар, поверхность которого, как известно из геометрии, в два раза больше, чем поверхность нашей пластинки. Опыт же показывает совсем другое: воздух сопротивляется движению шара в 6 раз меньше, чем движению пластинки.
Далее, для какого тела воздушное сопротивление больше: для шара или для тела в форме сигары с таким же поперечным сечением (причем «сигара» движется продольно)? Оказывается, что тело, вытянутое в форме сигары, встречает при продольном движении в 5 раз меньшее воздушное сопротивление, нежели шар такого же сечения (и, следовательно, в 30 раз меньшее, нежели наша круглая пластинка). Вы видите уже отсюда, как важно знать законы аэродинамики для выбора наивыгоднейшей формы воздушного корабля.
Вот еще пример, — на
Опыты над сопротивлением воздуха велись первоначально так: тело — например, шар, пластинка, модель корпуса самолета или оболочки дирижабля — заставляли двигаться через воздух; при этом, с помощью довольно сложных приспособлений, измеряли величину лобового сопротивления, оказываемого воздухом. Однако, затем отказались от этого способа, явно неудобного (очень затруднительно измерять силы на движущейся тележке), и так сказать «обратили» явление: вместо того, чтобы двигать тело в спокойном воздухе, стали, наоборот, изучать действие движущегося потока воздуха на покоящееся тело, так как возникающие силы в обоих случаях одинаковы. Осуществляется это так, что испытуемое тело закрепляется неподвижно близ отверстия широкой трубы, из которой, под действием сильного вентилятора (воздуходувной машины), вырывается поток воздуха. В современных лабораториях такие «аэродинамические трубы» устраиваются огромных размеров. В нашем центральном аэро-гидродинамическом институте в Москве («ЦАГИ») имеется с 1925 г. труба диаметром 6 м и длиною 50 м — одна из величайших в мире. С помощью такой установки можно испытывать («обдувать») не только модели или крупные детали, но и целые машины в натуре, — например, автомобили.
Первая аэродинамическая труба была у нас построена в 1902 г. проф. Жуковским при Московском университете. Циолковский же производил свои систематические исследования над сопротивлением воздуха раньше этого времени и, несмотря на крайне примитивную обстановку, достиг весьма ценных результатов.
Аэродинамические работы Циолковского
Сначала Циолковский производил опыты над телами, движущимися в закрытом помещении, потом стал пользоваться естественным ветром и, наконец, самостоятельно изобрел и соорудил аэродинамическую трубу, конечно, небольших размеров. «Как воздуходувки, так и измерительные приборы, — рассказывает он, — были оригинальны и очень чувствительны, что позволило получить новые и интересные выводы. Впоследствии к таким же выводам пришли и другие экспериментаторы. Подробный труд с большим атласом чертежей, таблиц и описанием наиболее совершенных аппаратов до сих пор еще не издан».
Все это выполнялось, заметим, с ничтожными денежными средствами. Послушаем, как он сам рассказывает о ходе своих работ:
«Теоретики находили сопротивление воздуха для аэростата громадным. Мои опыты показали, что оно далеко не так значительно и что коэффициент сопротивления уменьшается с увеличением скорости движения аэростата. Опыты производились отчасти в комнате, отчасти на крыше, в сильный ветер. Помню, как я был радостно взволнован, когда коэффициент сопротивления при сильном ветре оказался мал: я чуть кубарем не скатился с крыши и земли под собой не чувствовал.
Сочувствие прессы к моим трудам сопровождалось пожертвованиями от разных лиц на дело воздухоплавания (приток денег вызван был появлением упомянутой ранее статьи Голубицкого в „Калужском вестнике“). Всего получено было 55 рублей, которые я употребил на производство новых опытов с сопротивлением воздуха… Но, увы, несмотря на порядочный шум газет, сумма оказалась чересчур незначительной. Так, Питер (Ленинград) выслал 4 рубля. Как бы то ни было, спасибо обществу и за то. Я много разъяснил себе произведенными опытами, которые описал так же, как и устроенные мною приборы в „Вестнике опытной физики“, в статье „Давление воздуха на поверхности, введенные и искусственный воздушный поток“ (1899). Работа эта была представлена мною в Академию наук. Академик Рыкачев сделал о ней благоприятный доклад Академии, которая, благодаря этому, выдала мне, по моей просьбе, 470 рублей на продолжение опытов. Года через полтора мною был послан в Академию подробный доклад, состоящий из 80 писчих листов и таблиц-чертежей. Краткое извлечение из этого доклада было позднее напечатано под заглавием „Сопротивление воздуха и воздухоплавание“. После этой работы я некоторое время продолжал свои опыты, которые, связанные с разными вычислениями, постепенно выяснили мне истину сопротивления воздуха».