Воздушный путь

Сикорский Игорь Иванович

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.

Таким образом, геликоптер мог бы взлетать и садиться на крыши домов внутри города, на палубу корабля, на самую небольшую площадку, двор и т. д., тогда как для аэроплана такие места совершенно недоступны. Для безопасного взлета и спуска ему [ 29 ] необходимо иметь большое ровное поле, имеющее, по крайней мере, треть версты в длину и немногим меньше в ширину.

Описание геликоптера, построенного мною в 1910 г.

29

аэроплану — ред.

Остовом аппарата служила рама из стальных трубок, соединенных между собою угольниками, сваренными ацитиленовой сваркой. Чтобы укрепить раму, в ней были натянуты прочные стальные проволоки (фортепианные струны). В нижней части рамы был укреплен 3-х цилиндровый бензиновый двигатель, дававший 25 лош. сил. Он весил около 4-х пудов, делал 1600 оборотов в минуту. На валу двигателя было надето небольшое деревянное колесо с широким плоским ободом. Точно над ним приходилось другое деревянное колесо, ровно в 2 1/2 раза большее, чем первое. Колеса эти были соединены между собою широким ремнем, передававшим силу мотора. Чтобы ремень не скользил, был устроен добавочный ролик, позволявший держать ремень все время достаточно натянутым. Весь этот механизм хорошо виден на рисунке. Большое колесо — шкив было насажено на конец небольшой стальной оси. На другом конце ее было насажено небольшое стальное коническое зубчатое колесо; оно приходилось вблизи того места, где кончались две большие стальные трубы, одна из которых проходила внутри другой. На нижнем конце каждой трубы было закреплено зубчатое колесо в 4 раза большее, чем то, которое было на промежуточном валу. Два больших зубчатых колеса были расположены таким образом, что меньшее зацепляло за них обоих и вращало их в противоположные стороны. Соединенные с ними стальные трубы служили осями двум большим подъемным винтам, имевшим около 8 аршин в диаметре и вращавшимся в противоположные стороны. Как было указано, колесо на промежуточном валу было в 2 1/2 раза больше, чем насаженное на ось мотора, следовательно, оно вращалось в 2 1/2 раза медленнее, чем двигатель. В свою очередь зубчатые колеса на главных осях были в 4 раза большими, чем зубчатка, сидевшая на промежуточном валике; таким образом, главные оси, а вместе с ними и винты вращались в 4 раза медленнее, чем промежуточный вал. Винты делали около 160 оборотов в минуту, т. е. 2 2/3 оборотов в одну секунду. Каждый из винтов состоял из 3-х лопастей, представлявших из себя как бы целое крыло. Остовом лопасти служил брус в 4 аршина длиной из хорошего сухого дерева (ель). К этому бруску был прикреплен ряд других тонких брусков, образовавших решетку; все крыло было обтянуто легкой материей (батистом). Лопасти винтов были наглухо прикреплены к стальным пластинкам, приваренным к главным осям. Кроме того, бруски, на которых держалась лопасть, были оттянуты книзу стальными проволоками, принимавшими на себя главную часть подъемной силы винтов. Вся поверхность шести лопастей, т. е. обоих подъемных винтов, была около 13 1/2 квадратных аршин (около 7 кв. метров).

Как говорилось выше, винтов было два и они вращались в разные стороны. Казалось, проще было бы иметь один винт немного побольше. Но это было бы совершенно невозможным, т. к. для вращения винта затрачивается много силы и нужна точка опоры. Если бы сделать один винт, то в воздухе завертелась бы вся рама с двигателем и людьми, а винт остался бы почти недвижимым. Когда же есть два винта, вращающихся в разные стороны, и когда каждый из них берет совершенно такое же усилие для вращения, как и другой, то они и будут уравновешивать друг друга, а сам прибор вертеться не будет.

Весь геликоптер весил около 11 пудов. Двигатель его был расположен с одной стороны, с другой же должен был поместиться человек и, таким образом, машина была бы в равновесии. Опыты показали, что аппарат, при полной работе винтов, не может подняться с человеком на воздух. Изучение действия его винтов и механизмов все же было очень ценным. Поэтому весь аппарат был поставлен на особый прибор, как бы громадные весы, чтобы измерить, с какой силой винты тянут его кверху. Точно подмеренная тяга винтов оказалась равной 9 — 10 1/2 пудов. Таким образом, аппарат поднимал свой собственный вес почти полностью. Получив ряд интересных научных данных, я прекратил эти опыты, переставил двигатель на построенный к тому времени легкий аэроплан и 3 июня 1910 года впервые поднялся на нем на воздух.

Аэроплан

Название хорошо известно всем. Аэропланами называются летательные машины, которые быстро вытеснили управляемые аэростаты и которые теперь являются и, вероятно, останутся в будущем самым главным типом приборов для передвижения по воздуху. В будущем, конечно, можно ожидать еще многих усовершенствований, но в общем, наверное, аэропланы останутся схожими с нынешними, так же как и современный пароход напоминает строившиеся 30-50 лет тому назад. С устройством и действием аэроплана надлежит ознакомиться теперь подробнее. На страницах этой книги было указано, как можно с помощью двух разных способов, машущих крыльев (орнитоптера) или воздушного винта (геликоптера) заставить воздух давить снизу на поверхность машины. При достаточной силе такое давление может поднять весь прибор на воздух. Но есть и еще один способ, резко отличающийся от упомянутых.

Всем известен воздушный змей, который держится в воздухе без машущих или вертящихся поверхностей. Наконец, многие большие птицы иногда держатся в воздухе, совершенно не двигая крыльями. В южной части России нередко можно наблюдать аистов, парящих в воздухе, не двигая крыльями. Птицы в этом случае, а воздушный змей — всегда, держатся в воздухе, как аэропланы. Аэроплан значит по-русски — воздушная плоскость. Действие аэроплана — очень простое. Представим себе некоторый плоский, легкий предмет, например, лист картона, имеющий по одному аршину в длину и ширину. Расположим его горизонтально [ 30 ] и начнем двигать прямо в одном направлении так, чтобы не подниматься и не спускаться. Если вообразить себе такое движение происходящим над озером или морем, то это значило бы, что расстояние от нашей плоскости до воды все время остается одно и то же. Такое движение называют горизонтальным. При таких условиях наша пластинка будет двигаться точно своим ребром вперед и не будет испытывать давление воздуха вверх или вниз. Если мы теперь, продолжая двигать лист в прежнем направлении, немного приподнимем, например, на один вершок [ 31 ] , передний край его, то вся пластинка начнет испытывать давление воздуха снизу. Если будем двигать нашу плоскость быстро, то давление воздуха снизу, т. е. подъемная сила пластины, может быть довольно велика. Так, например, с каждого квадратного аршина пластины, движущейся со скоростью 100 верст в час, можно получить целый пуд и даже более подъемной силы. А если плоскость будет сделана не в один, а в 100 или 300 квадратных аршин, то можно легко получить 100 и 300 пудов грузоподъемности. А плоскость достаточно прочная может быть легко сделана в 5, даже в 7 раз легче, чем то, что она при таких условиях поднимает, и значит, большая часть подъемной силы может быть потрачена на необходимые механизмы, людей, запасы и т. д. Ни, как было сказано, эта подъемная сила существует

только тогда, кода плоскость быстро движется. Иначе говоря, необходимо, чтобы какой-нибудь механизм тащил эту плоскость по воздуху, и притом с большой силой, т. к. необходима значительная скорость. Таким механизмом является легкий мотор и воздушный винт. Двигатель с винтом толкают вперед по воздуху весь аэроплан с большой скоростью, а плоскости или крылья поддерживают всю машину со всем, что на ней находится. Таковы основы устройства аэроплана. Таким образом, мотор и воздушный винт являются необходимой частью, делающей возможным полет и поднятие на воздух нескольких десятков людей с помощью аэроплана. И тот же винт не мог пока поднять как следует даже одного человека непосредственно, т. е. как геликоптер. Причина этому следующая: как было сказано, плоскость надо двигать вперед с большой скоростью и для этого требуется значительная сила. Если некоторая плоскость в 1 кв. аршин движется с данной скоростью, например, 100 верст в час и дает грузоподъемность в 1 пуд, то ее требуется тянуть вперед с силой примерно 6 — 8 фунтов. Понятно, что всякий строитель аэроплана хотел, чтобы с тем же двигателем поднять побольше груза, и вот, стали изучать и пробовать, все ли плоскости несут одинаковый груз и требуют одинаковую силу для своего передвижения в воздухе, или можно улучшить и выгадать что-нибудь. В дальнейшем будет подробнее рассказано, как именно производились опыты над разными крыльями. Пока приведем лишь главные результаты. Было выяснено, что плоскости, у которых длина и ширина приблизительно одинаковы, действуют гораздо хуже, чем те, у которых длина в 5 — 8 раз больше ширины и которые притом движутся, встречая воздух своим длинным ребром. Оказалось также, что крылья выгнутые, в которых впадина приходится с нижней стороны, а выпуклость сверху, действуют гораздо лучше, чем плоские. Перепробовали всяких крыльев бесчисленное множество и под конец добились таких, которые на каждый пуд поднимаемого груза требовали лишь 2 фунта тяги для движения. Такое выгодное действие крыльев могло быть не при всяком их положении, а лишь при некоторых определенных углах встречи [ 32 ] . В этом свойстве крыльев и лежит причина того, что аэроплан поднимает грузы гораздо больше, чем геликоптер. В самом деле, небольшой винт на моторе в 100 лош. сил может дать около 15 пудов тяги, т. е. мог бы поднять геликоптер, весящий полностью не более 15 пудов. Те же винт и мотор с помощью аэропланных крыльев поднимут на воздух пудов 60, даже больше [ 33 ] . Казалось бы, что можно поднять и еще больше с помощью крыльев. Но надо помнить, что тяга винта идет не только на движение в воздухе крыльев; весь остов аппарата, двигатель, колеса, проволоки и т. д. — все это трется об воздух, и на это также расходуется часть работы двигателя. Чем больше разных частей (проволок и т. д.) находится снаружи, тем большая сила требуется, чтобы тянуть их вперед, тем больше тяги требуется для их движения. Вся работа, необходимая для их движения, также должна быть доставлена винтом. Значит, воздушный винт должен тянуть всю машину вперед с такой силой, какая получилась бы от сложения силы, потребной для движения крыльев, и силы, необходимой для движения всех остальных частей — проволок, колес, мотора, людей, если они сидят снаружи, и т. д. В действительности и этого было бы мало. Этой тяги было бы достаточно, чтобы лететь прямо. Чтобы подниматься на высоту, необходимо иметь больше. Чтобы бороться с ветром и воздушными волнами, тоже надо иметь больше силы. Наконец, нельзя заставлять мотор давать всегда самую большую силу, какую он только может дать. Гораздо лучше, если можно при спокойных условиях летать, расходуя лишь часть силы двигателя и лишь в случаях нужды пускать его на полный ход. Как было указано выше, можно легко сосчитать, сколько фунтов подъемной силы приходится на каждый квадратный аршин крыльев и сколько фунтов тяги требуется, чтобы двигать его вперед. Нетрудно рассчитать также, с какою силою надобно тянуть весь аппарат без крыльев, чтобы он двигался с необходимой скоростью. Наконец, зная, что мотор мощностью в 100 лош. сил с винтом тянет с силою 15 пудов [ 34 ] , можно рассчитать, что на каждую лошадиную силу двигателя получается тяга в 6 фунтов. Зная это все, можно легко выяснить, что в определенном аэроплане, например, расходуется 25 лош. сил на крылья или, как говорят, на поддержание в воздухе, 25 лош. сил на трение проволок, колес и т. д., а 50 сил остается в запасе. Этот запас называется избытком мощности.

30

Расположить какую-нибудь плоскость, например, гладкую поверхность стола, горизонтально - значит поместить ее так, чтобы положенный на нее точеный шар никуда не скатывался. (Прим. авт.)

31

1 вершок = 4,45 см. (Прим. ред.)

32

Угол встречи или, выражаясь современным языком, угол атаки - это угол, под которым воздух встречается с движущейся в нем плоскостью (крылом). (Прим. ред.)

33

Если на геликоптере применить значительно больший винт и сделать его так, чтобы он забирал всю силу мотора, вращаясь медленно, то можно получить несколько большую тягу. Но во всех случаях практически поднятый груз будет гораздо меньшим, чем на аэроплане с тем же мотором. (Прим. авт.)

34

Конечно, подразумеваются некоторые определенные условия работы - тип и размеры винта и скорость. (Прим. авт.)

Для того чтобы аэроплан был удобным в пользовании, надежным и т. д., избыток мощности очень важен. Поэтому все строители стараются делать свои машины так, чтобы они обладали возможно большим запасом мощности. Таким образом, эта как бы лишняя мощность двигателя крайне полезна. Расход тяги на крылья также можно считать полезным, т. к. за счет этого аэроплан летает. А какова польза от расхода тяги на трение проволок, колес, корпуса аппарата и т. д.? Никакой пользы нет — один только вред. Поэтому про все эти части и говорят, что оно дают «вредное сопротивление». Понятно поэтому, что когда строят или, вернее, проектируют аэроплан, то стараются уменьшить его вредное сопротивление как только возможно, т. к. каждая лош. сила, которую удается сохранить, улучшает свойства аэроплана. Каким же образом это делается? Ведь без колес, без мотора и т. д. машину все же не выстроить, а значит, некоторое вредное сопротивление будет неизбежно. Но если и нельзя уничтожить вредное сопротивление совсем, то оказалось возможным его очень сильно уменьшить со времени постройки первых аэропланов. Достигнуто это было следующими способами. Старались уменьшить, сколько можно, количество наружных частей. Для этого помещали летчика за мотором или же часть проволок, а иногда и бензиновые баки помещали внутри крыльев и т. д. Кроме того, изучали, какую форму лучше придать предмету, чтобы он рассекал воздух как можно легче. При этом было выяснено много интересного. Оказалось, например, что легче всего движутся в воздухе предметы заостренные сзади и тупые впереди. Что вообще форма хвостовой части больше влияет, чем передней [ 35 ] . Выяснилось, например, что если на круглую палку или на стальную трубу надеть сзади наконечник, заостренный к концу, то работа для движения в воздухе такого предмета уменьшится в 2-3 раза. Оказалось, что если колесо на стальных спицах затянуть с обеих сторон полотном, то его сопротивление уменьшится в 1 1/2 — 2 раза.

35

Это мнение, характерное для первых лет авиации. Позднее было установлено, что определяющее значение для аэродинамических характеристик движущегося тела имеет форма его передней части. (Прим. ред.)

Понятно, что изучить это все, включая и работу крыльев, о которой упоминалось выше, было делом нелегким. Требовалось много работы, внимания, дорогостоящие инструменты и т. д. А прежде всего надо было придумать, каким образом можно производить такие исследования, разработать и подчас даже изобрести необходимые приборы и инструменты. Лишь небольшую часть этого выполнили сами изобретатели летательных машин. Главная же часть этой работы была выполнена специалистами и учеными, задавшимися целью подготовить надежное основание для работы изобретателей. Учреждения, созданные для этой цели и снабженные необходимыми инструментами и приборами, назывались аэродинамическими институтами или лабораториями. Эти учреждения, имеющиеся теперь почти во всех больших государствах, оказали огромную помощь развитию и усовершенствованию дела постройки летательных машин.