Воздушный путь. Книга о летательных аппаратах легче и тяжелее воздуха
Шрифт:
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
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] .
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.).
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.
26
1 аршин = 0,711 м. (Прим. ред.).
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 x 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. 11 1/4 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] .
27
Если кто-нибудь из читателей думает или работает над новыми воздухоплавательными машинами, то не советую ему тратить время на приборы с бьющими крыльями, т. к. эта работа заведомо обречена на неуспех. (Прим. авт.).
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.
28
Приблизительно в 800 раз. (Прим. авт.).
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.