скачать книгу бесплатно
Воздушный путь. Книга о летательных аппаратах легче и тяжелее воздуха
Игорь Иванович Сикорский
Покорившие мир
Имя авиаконструктора Игоря Сикорского широко известно всем любителям истории. Данная книга – уникальна. Сикорский закончил ее уже в эмиграции, но долгие годы рукопись пылилась в безвестности в одном из парижских архивов. Лишь в девяностые ее обнаружили и издали в нью-йоркском эмигрантском издательстве. Теперь мы представляем ее вниманию читателей.
В этой книге И. Сикорский делится своими мыслями: кратко анализирует историю развития воздухоплавания, вспоминает свои первые шаги на поприще конструирования летательных аппаратов тяжелее воздуха и прогнозирует, как будет, по его мнению, развиваться авиация. Особый интерес вызывает сравнение его предвиденья с тем, как фактически прокладывался путь в небо.
В формате PDF A4 сохранен издательский макет книги.
Игорь Иванович Сикорский
Воздушный путь
Книга о летательных аппаратах легче и тяжелее воздуха
* * *
© Сикорский И., 2023
© ООО «Издательство Родина», 2023
Предисловие
Современная авиация создавалась усилиями тысяч людей. Но как и во всякой области науки и техники среди них есть «звезды первой величины». Одной из таких личностей был Игорь Иванович Сикорский.
О работах И. И. Сикорского в авиации написаны книги за рубежом, а в последние годы – и в нашей стране. Уникальность данного издания состоит в том, что это – первая в России книга самого Сикорского. Ее рукопись, законченная Сикорским в Нью-Йорке в 1920 г., была обнаружена в 1996 г. в одном из парижских архивов директором издательства YMCA-Press H. А. Струве. Теперь мы представляем ее вниманию читателей.
Прежде чем приступить к обзору книги «Воздушный путь», следует хотя бы кратко рассказать о ее авторе. Многие годы в СССР о Сикорском, как о человеке, эмигрировавшем на Запад, почти ничего не писали. Поэтому далеко не все читатели знают биографию этого замечательного человека.
Игорь Иванович Сикорский родился в Киеве в 1889 г. в семье известного врача-психиатра. С детства тяготеющий к технике, он выбрал себе профессию инженера. Но увлечение зарождающейся авиацией оказалось сильнее и, не доучившись в Киевском политехническом институте, он полностью отдался конструированию летательных аппаратов. История их создания и испытаний подробно описана в книге.
Революционные события 1917 г. и последовавшие за ними репрессии и хаос в стране явились переломным моментом в судьбе тысяч наших соотечественников, в том числе и Сикорского. В 1918 г., отчаявшись найти применение своему конструкторскому таланту на родине, он эмигрировал на Запад, – сначала во Францию, затем, в 1919 г. – в США.
Когда 29-летний И. И. Сикорский покидал Россию, он уже был авиаконструктором с мировым именем, прославившимся как создатель первых многомоторных самолетов. Однако в Америке все пришлось начинать сначала, т. к. война закончилась и из-за перепроизводства военной авиационной техники найти заказчиков на новые самолеты было практически невозможно. После нескольких лет мытарств Сикорскому все же удалось создать собственную авиастроительную фирму. Ее костяк составили российские эмигранты – инженеры, рабочие, бывшие офицеры русской армии. Поэтому в США ее часто называли «русской фирмой».
Успех пришел в конце 20-х годов, когда фирма Сикорского занялась строительством гидросамолетов – так называемых «летающих лодок». Это была новая для Сикорского область, но талант конструктора и врожденная инженерная интуиция позволили ему и здесь добиться выдающихся результатов. Достаточно сказать, что с закупок гидросамолетов Сикорского начала свой путь крупнейшая авиакомпания «Пан Америкен», а на четырехмоторной «летающей лодке» S-42 в 1934 г. было установлено сразу 10 мировых рекордов.
В конце 30-х годов Сикорский круто изменил направление своей деятельности, неожиданно для всех переключившись на создание вертолетов. В то время этот тип летательного аппарата еще не применялся на практике, а испытания немногих экспериментальных образцов, как правило, не давали повода для оптимизма. Поэтому решение Сикорского было весьма рискованным. Но, будучи по натуре конструктором-новатором, он решил рискнуть и не ошибся. Выбрав для своих винтокрылых машин малоизученную в то время одновинтовую схему, которая затем стала классической для вертолетов, Сикорский и его сотрудники выпустили целую гамму удачных аппаратов. Они нашли самое широкое применение не только в США, но и в целом ряде западноевропейских стран; на них установлены мировые рекорды скорости, скороподъемности, грузоподъемности, продолжительности и дальности полета. За заслуги в вертолетостроении Сикорский даже получил в США прозвище «мистер Вертолет».
Несколько штрихов к портрету Сикорского как человека. К концу своей творческой карьеры он был осыпан всевозможными наградами за вклад в развитие авиации. Но это не мешало ему оставаться интеллигентным, скромным человеком. Официальным встречам «на высшем уровне» Сикорский предпочитал беседы с пилотами своих вертолетов, внимательно выслушивая их мнения о достоинствах и недостатках той или иной машины.
Когда Сикорский приступил в США к созданию своих первых самолетов, ему помогли деньгами некоторые наши эмигранты, в частности, С. В. Рахманинов. Позднее авиаконструктор сам активно участвовал в жизни русской колонии в Стратфорде – городе, где находилась его фирма. Он морально и материально поддерживал своих соотечественников в США, жертвовал на православную церковь, на поддержку российского культурного наследия в эмигрантских кругах. Он был глубоко религиозным человеком и даже опубликовал в США ряд своих богословских трудов.
Сикорский никогда не симпатизировал коммунистическому режиму, о чем свидетельствует его холодность по отношению к А. Н. Туполеву во время визита на фирму в 1935 г. советских авиационных специалистов. Но он не затаил обиды на свою отчизну. «Воздушный путь» пропитан гордостью за достижения русской авиации. В заключении книги, где говорится о путях развития самолетов в будущем, Сикорский пишет о значении авиации для освоения севера европейской части России и Сибири, по-прежнему называя при этом Россию «родиной». Позднее, в годы Второй мировой войны, он всегда искренне радовался победам СССР в борьбе с Германией.
Теперь о самой книге. Ее содержание можно условно разделить на четыре части. В первой рассказывается о начальных шагах в освоении человеком воздушного пространства. Начав с описания древних легенд и первых проектов летательных аппаратов, Сикорский знакомит читателей с основными моментами из истории изобретения аэростата, дирижабля, вертолета и самолета. Заканчивается этот раздел 1908–1909 гг., т. е. периодом, когда Сикорский приступил к постройке летательных машин.
Вторая часть посвящена объяснению устройства самолета и двигателя внутреннего сгорания. Здесь автор проявил себя, на мой взгляд, как блестящий популяризатор: сугубо технический раздел написан настолько просто и наглядно, что легко доступен даже самому далекому от техники человеку.
В третьей, самой большой части, Сикорский подробно рассказывает о своей работе в авиации. Как большинство пионеров авиации начала века, он вынужден был идти к осуществлению мечты методом «проб и ошибок»: строить свои первые машины, полагаясь, главным образом, на интуицию, ломать их при попытке полететь, создавать новые, более совершенные и – о долгожданный миг! – наслаждаться чувством полета.
Освоив строительство одномоторных самолетов, Сикорский делает то, что не делал никто прежде: он строит поистине гигантские по тому времени четырехмоторные самолеты «Русский Витязь» и «Илья Муромец» и доказывает их огромные потенциальные возможности перелетом на «Илье Муромце» из Петрограда в Киев и обратно. Детальное описание этого перелета читаешь, как говорится, «на одном дыхании».
В годы Первой мировой войны многомоторные самолеты «Илья Муромец», сведенные в первое в мире подразделение тяжелых бомбардировщиков «Эскадра воздушных кораблей», наносили мощные удары по противнику. Они послужили и после событий 1917 г., сначала в качестве военных машин, а затем – как транспортные самолеты. Но Сикорского в то время уже не было в России: его конструкторский талант оказался не нужен большевикам…
Рис. 1. Игорь Сикорский (справа) с братом и сестрами Ольгой и Еленой (слева)
В последних главах конструктор рассуждает о дальнейших путях развития авиации, прозорливо предсказывает появление турбореактивных двигателей и высотных самолетов с герметичными кабинами, указывает на важную созидательную роль авиации в будущем человечества.
Хотя книгу написал конструктор, «технарь», она удивительно легко читается. Со страниц, описывающих перелеты на самолетах Сикорского, веет духом приключений героев романов Жюля Верна, которыми мы все зачитывались в детстве.
Книга полностью соответствует рукописи, за исключением тех случаев, когда потребовались мелкие поправки для соответствия текста современным правилам грамматики и транслитерации иностранных фамилий. Подстрочные примечания принадлежат автору. Места, нуждающиеся в пояснении, снабжены комментариями редактора, вынесенными в конец книги. Работа дополнена редкими фотографиями из российских архивов и американских источников.
Д. А. Соболев.
Исторический очерк
Мысль о летании по воздуху зародилась у людей много тысяч лет тому назад. Рисунки и скульптурные изображения древних египтян, сделанные за 2000–3000 лет до Р.Х., нередко представляют фигуры людей с крыльями.
Такие же изображения можно найти и на древних памятниках других народов, например ассиро-вавилонян и, позднее, у греков и римлян. У древних греков было также интересное сказание – легенда о том, как два человека, Дедал и сын его Икар, были заключены на каком-то острове и задумали бежать с него, приделав себе крылья; материалом для крыльев служили перья птиц, прикрепленные воском к особым рамам. Легенда рассказывает, как эти люди, приводя в движение свои крылья собственной мускульной силой, поднялись на воздух и улетели с острова. Икар, мальчик, не остерегся, поднялся очень высоко и оказался слишком близко к солнцу. От сильного жара воск на крыльях растаял, перья перестали держаться, и Икар упал с большой высоты и разбился насмерть. Этот рассказ подтверждает, что уже в те далекие времена люди думали о летании по воздуху. Однако из этого рассказа и по другим источникам можно судить о том, что люди в те времена были еще совершенно незнакомы с постройкой летательных машин и никаких серьезных попыток в этом направлении сделать не могли. В упомянутой легенде и в изображениях мы всегда встречаем подражание птичьим крыльям, причем наиболее правильным с технической стороны оно было у древних египтян. Проходит много веков, не принося ничего нового в развитие интересующего нас вопроса. Наконец, около 1500 года по Р.Х. появляются интересные работы о возможных способах летания по воздуху. Это – рисунки и наброски, сделанные великим итальянским художником Леонардо да Винчи, бывшим в то же время одним из выдающихся ученых той эпохи. Рисунки эти представляют большой интерес. В них впервые встречается мысль о том, каким образом можно было бы действительно построить летательную машину, как должны быть сделаны части такой машины и т. д. Здесь мы уже видим не подражание природе, как всегда бывало до тех пор, а сознательную работу человеческого разума. Рисунки Леонардо да Винчи указывают нам на то, что он обдумывал устройство разных типов летательных машин, в том числе прибора с воздушными винтами и парашюта, т. е. аппарата, делающего медленным и безопасным падение с большой высоты.
В течение последующих 3-х столетий в области воздухоплавания не появляется ничего нового, что бы заслуживало внимания. Отдельные мечтатели пытаются иногда строить крылья и подобные приборы, но все эти попытки оканчиваются полной неудачей, за которой часто следует всеобщее разочарование и уверенность в том, что летать по воздуху людям, вообще, никогда не окажется возможным.
Два рода воздухоплавательных аппаратов
Как видно из предыдущего, люди, жившие ранее 18-го столетия и думавшие о летании по воздуху, представляли себе такое передвижение возможным единственно с помощью крыльев, похожих, так или иначе, на птичьи.
Однако существовала возможность подняться на воздух и без всяких крыльев, на приборе, построенном на совершенно иных основаниях. До сих пор говорилось о приборах, которые были бы созданы подобно птице, т. е. держались бы в воздухе с помощью движущихся крыльев. Аппараты такого рода относятся к типу «тяжелее воздуха». К тому же типу принадлежат все без исключения летающие живые существа, которые имеются или имелись раньше в природе, т. е. птицы, летучие мыши, летающие насекомые и т. д.
Но в конце 18-го столетия ряд научных открытий, касавшихся свойств воздуха, показал, что возможен и иной тип воздухоплавательного аппарата, а именно, прибор «легче воздуха».
Выражение «легче воздуха» надо понимать в том смысле, что вес предмета, о котором идет речь, должен быть меньшим, чем вес воздуха, взятого в таком объеме, какой занимает данный предмет. Те же рассуждения применяются обычно при сравнении весов, и когда встречается выражение, что медь приблизительно в 8 раз тяжелее воды, а ель приблизительно в 2 раза легче, то во всех случаях материалы берутся в том же объеме, как и вода. Уже очень давно стало известным, что в воде плавают предметы, которые «легче» воды. Многие свойства воздуха похожи на свойства жидкостей. Естественно поэтому было предположить, что если бы удалось сделать такой предмет, который весил бы меньше, чем воздух, взятый в равном объеме, т. е. был бы легче воздуха, то такой предмет поднялся бы на воздух, «всплыл бы» в нем, как всплывает в воде кусок дерева. Но если создание предмета, плавающего по воде, являлось делом очень простым, так как в природе имеется множество материалов легче воды, то сделать что-нибудь легче воздуха было гораздо более сложной задачей, так как все имеющиеся в природе твердые и жидкие материалы во много раз тяжелее воздуха. Например, легкое дерево – ель – приблизительно в 500 раз тяжелее воздуха. Сам воздух приблизительно в 800 раз легче воды, т. е. 1 кубический метр воздуха в обычных условиях весит около 1,293 килограмма. В старых русских мерах вес выразился бы таким образом: приблизительно 20 ведер воздуха будут весить один фунт[1 - Имеется в виду русский фунт, равный 0,41 кг. (Прим. ред.).]. Таким образом воздух, которым мы дышим, который служит точкой опоры для птиц, представляет из себя вещество очень легкое. В природе, однако, встречаются вещества еще значительно более легкие, чем воздух. Это – некоторые газы, т. е. вещества, имеющие строение похожее на воздух.
К таким легким газам относятся: светильный газ, весящий приблизительно в 10 раз легче воздуха, и еще более легкий газ – водород. Как известно, в воде могут плавать не только твердые, но и жидкие тела. Масло или керосин поднимаются на поверхность воды так же, как и всякое другое плавающее тело. Приблизительно такие же явления происходят и в воздухе. Более легкие газы стремятся «всплыть», т. е. подняться в высшие слои атмосферы[2 - Воздух, окружающий землю, называется атмосферой. (Прим. авт.).]. Из всего сказанного станет понятным, каким образом практически мог быть создан аппарат «легче воздуха». Для этого нужно было сделать непроницаемую оболочку – как бы мешок возможно малого веса и наполнить его одним из упомянутых выше легких газов. В том случае, когда вес газа, оболочки и всего, что к ней прикреплено, будет меньшим, чем вес воздуха, взятого в том же объеме, такой прибор должен будет подняться на воздух. Эти научные сведения стали известными во второй половине 18-го столетия. Немногим позже последовало и практическое применение их, т. е. постройка первых воздушных шаров.
До сих пор мы говорили о применении особого легкого газа. Но можно поступить и иначе. Можно достигнуть того, чтобы обыкновенный воздух внутри оболочки шара весил значительно меньше, чем равный ему объем воздуха снаружи оболочки. Для этого достаточно нагреть воздух внутри шара, оставив в нижней части оболочки отверстие. От теплоты воздух расширяется, и часть его будет вытолкнута через нижнее отверстие. Оставшееся внутри шара количество воздуха будет теперь весить меньше, чем наружный воздух в том же объеме. Если степень нагревания и размеры шара достаточны и оболочка не тяжела, то такой прибор должен будет подняться на воздух, так же как и наполненный легким газом.
Первые воздушные шары
Приведенные выше научные данные были впервые применены на практике во Франции. Честь постройки первого воздушного шара, заведомо поднявшегося на воздух, принадлежит братьям МОНГОЛЬФЬЕ. Летом 1783 года они сделали небольшой воздушный шар из легкого полотна, оклеенного бумагой. В нижней части шара было оставлено отверстие, сохранявшее свою форму благодаря имевшимся в нем обручам. Для нагревания воздуха шар помещался над небольшим очагом, в котором сжигали солому. В присутствии посторонних зрителей 5-го июня 1783 года вблизи Лиона во Франции был произведен первый опыт. Когда воздух внутри оболочки был достаточно нагрет, шар был отпущен и сейчас же плавно и быстро поднялся на высоту почти в две версты[3 - 1 верста = 1,067 км. (Прим. ред.).]. За это время воздух в нем успел охладиться, и шар начал опускаться и потом упал на землю. Удача первого опыта воодушевила строителей, и они сейчас же приступили к постройке шара значительно больших размеров, такого, который мог бы поднять на воздух двух человек. В то же время французская академия наук поручила одному из своих ученых, профессору ШАРЛЮ, построить другой воздушный шар. На этот раз было решено наполнить воздушный шар или, как его называют иначе, аэростат, не гретым воздухом, а легким газом – водородом.
Большой аэростат бр. Монгольфье был готов несколько раньше. 21 ноября того же 1783 года состоялся первый полет шара с пассажирами. Громадный аэростат, около 100000 куб. фут. вместимостью[4 - 1 фут = 0,305 м. (Прим. ред.).], был наполнен гретым воздухом; в небольшой галерее, окружавшей его нижнее отверстие, поместились два человека, и шар вместе с ними поднялся на воздух.
Этот первый полет продолжался около 20 минут, причем воздухоплаватели достигли высоты около ? версты и затем благополучно спустились в окрестности Парижа. Имена первых людей, поднявшихся на воздух, были: Пилатр де РОЗЬЕ и маркиз д'АРЛАНД.
Рис. 2. Аэростат братьев Монгольфье
В это же время заканчивалась постройка и первого водородного аэростата, созданного физиком Шарлем. Оболочка была сделана из шелка, пропитанного для непроницаемости лаком. На весь шар была надета сетка, к которой крепились шнурки, поддерживавшие корзинку для воздухоплавателей. Аэростат имел 27? футов в поперечнике и был построен правильно и обдуманно на основании научных данных. В шаре имелся клапан, приводимый в действие из корзинки и позволявший воздухоплавателям, в случае необходимости, выпустить часть газа, что должно было заставить шар идти вниз. Кроме того, в корзинке шара были заготовлены мешки с песком в виде балласта. Выбрасывая балласт и облегчая таким образом шар, можно было заставить его подняться выше или прекратить начавшийся спуск.
Аэростат, наполненный воздухом
Первый полет этого аэростата состоялся в Париже 1-го декабря 1783 года. Необходимый для наполнения шара водород добывался в течение предшествовавших 3-х дней и ночей в деревянных бочках, заключавших в себе куски железа и разбавленную серную кислоту. Когда все приготовления были окончены, в корзине поместились: сам строитель аэростата профессор Шарль и его главный помощник РОБЕР. Шар был выпущен, и воздухоплаватели совершили на нем удачный полет около двух часов продолжительностью, пролетев около 50-ти верст. Во время этого полета часть газа просочилась через оболочку, и под конец аэростат уже не был в состоянии держать в воздухе 2-х людей. Поэтому, когда аэростат спустился на землю, Робер вышел, а профессор Шарль остался один и поднялся вновь. На этот раз сильно облегченный шар быстро пошел кверху и достиг высоты около 3-х верст. Любуясь невиданным величественным зрелищем, профессор Шарль в то же время произвел ряд интересных научных наблюдений.
Таким образом было положено начало воздухоплавания. В дальнейшем это дело продолжало развиваться. Много раз строились аэростаты значительно больших размеров. Иногда, при благоприятном ветре, людям удавалось пролетать очень большие расстояния. Одним из самых длинных полетов был перелет француза ДЕЛАВО из Парижа в Коростышев (в России). Этот полет продолжался 35? часов подряд и был совершен в октябре 1900 года. Наибольшая высота на круглом аэростате была достигнута немецким профессором БЕРСОНОМ – около 10? верст. На такой большой высоте людям обычно бывает трудно дышать и приходится брать с собою и вдыхать чистый кислород. В России также совершено было большое количество различных полетов такого рода генералом КОВАНЬКО и другими воздухоплавателями.
Развитие нового дела не могло, конечно, обойтись без жертв. Первым человеком, которому суждено было погибнуть от катастрофы с воздушным шаром, был Пилатр де Розье – первый поднявшийся на воздух человек[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.).]; в дальнейшем были и другие жертвы, но это не остановило нового дела, которое продолжало развиваться.
Круглые аэростаты принесли громадную пользу и в научном отношении; с их помощью были впервые исследованы высшие слои атмосферы, были произведены наблюдения над строением облаков и т. д.
Интересно отметить, что воздушный шар остался почти без изменений с тех пор, как он был впервые построен профессором Шарлем. Круглые аэростаты нынешнего времени почти не отличаются от первого шара. Они в полной мере обладают его главным недостатком. Они практически неуправляемы. Выпуская газ или выбрасывая балласт можно заставить шар спуститься или подняться. Но направление полета находится, можно сказать, полностью вне воли летящего, т. к. шар всегда движется в ту сторону, куда дует ветер. Это свойство делало совершенно невозможным применение воздушного шара как средства сообщения.
Управляемые аэростаты
Попытки заставить воздушный шар двигаться в желаемом направлении, т. е. создать управляемый аэростат, были сделаны почти сейчас же после первых полетов. Уже в 1784 году, т. е. всего спустя год после первых удачных испытаний, француз БЛАНШАР построил аэростат, приводившийся в движение с помощью особых воздушных весел. Попытка эта потерпела полную неудачу. Несколько более правильной по замыслу была попытка бр. Робер, которые построили аэростат продолговатой формы. Однако отсутствие в те времена пригодных двигателей заставило и этих опытных строителей прибегнуть к помощи человеческой мускульной силы. При таких условиях попытка эта тоже не могла дать хороших результатов.
В области воздухоплавания, как и в других областях техники, для успеха такой работы, кроме научных познаний и таланта изобретателя, необходимы были технические средства, т. е. материалы, станки, приборы и т. д. Необходимы также работники, умеющие обращаться с такими материалами и станками и могущие выполнить идеи изобретателя. Этим объясняется то, что в течение почти 70 лет со времени первых попыток дело управляемого воздухоплавания не двигалось вперед. За этот срок были изобретены пароходы, железные дороги и большое число паровых двигателей, исполнявших разные работы. Все это нашло себе отклик и во воздухоплавании. В 1852 году выдающийся французский инженер ЖИФФАР построил небольшой аэростат правильной продолговатой формы[6 - Такой управляемый аэростат с двигателем называется дирижаблем. (Прим. ред.).]. Приводить в движение этот воздушный корабль должна была легкая паровая машина, весившая с котлом и топкой около 9-ти пудов[7 - 1 пуд = 16,38 кг. (Прим. ред.).] и развивавшая 3 лошадиных силы.
Анри Жиффар
Дирижабль Жиффара
Машина приводила в действие трехлопастный воздушный винт 11 футов в диаметре, делавший 110 оборотов в минуту. Сам аэростат имел в длину 143 фута, в диаметре 39 футов; емкость его была 75000 куб. футов. Первое испытание его было произведено в 1852 году и прошло вполне успешно. Аэростат отлично слушался рулей и двигался в желаемом направлении, развивая скорость до 10 верст в час. Полет, продолжавшийся несколько часов, прошел вполне благополучно, причем к вечеру аэростат самостоятельно возвратился к месту вылета в Париж[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.).].
После этой первой крупной удачи инженер Жиффар, один из самых замечательных изобретателей, работавших в области воздухоплавания в 19 столетии, построил еще несколько управляемых аэростатов средней величины и под конец задумал создать огромный быстроходный воздушный корабль в 2000 фут. длиною. Но этому проекту не суждено было осуществиться, т. к. изобретатель ослеп и покончил жизнь самоубийством.
Следующим шагом в деле развития управляемого воздухоплавания были работы двух французских офицеров – РЕНАРА и КРЕБСА, долгое время работавших над усовершенствованием аэростата с электрическим двигателем. Они выработали новый тип легкой электрической батареи, доставлявшей ток. Батарея эта давала до одной лош. силы на каждые 100 фунтов своего веса. Электрический двигатель был разработан при содействии известного изобретателя динамо-машины – ГРАММА. Двигатель развивал 9 лош. сил и весил около 6 пудов. Прежде чем приступить к постройке настоящего аэростата, эти изобретатели произвели большое число опытов, изучая, какую форму нужно придать оболочке, чтобы получить наибольшую скорость, как правильнее сделать винт, чтобы он при том же двигателе тянул как можно сильнее, и т. д. Серьезная подготовительная работа, выполненная в течение нескольких лет этими изобретателями, внушила доверие к ним. Французское правительство выдало необходимую сумму денег, и в 1884 году этот проект был построен. Это был первый аэростат, который оказался способным вернуться к месту вылета против небольшого ветра. До тех пор самый небольшой ветер уже служил непреодолимым препятствием. Аэростат Ренара и Кребса, названный ими «La France» («Франция»), совершил всего 7 воздушных поездок, причем в 5 из них он был в состоянии дойти до указанного ему заранее места и вернуться назад.
Таким образом, это был первый воздухоплавательный аппарат, действительно двигавшийся туда, куда этого желали находившиеся на нем люди. Он развивал скорость свыше 20 верст в час. Опыты с ним были произведены в 1884 и 1885 годах. С теми техническими средствами и машинами, которые в то время были в распоряжении строителей, едва ли можно было сделать больше.
Под конец 19-го столетия были разработаны и получили большое распространение двигатели внутреннего сгорания, столь широко и успешно применяемые на автомобилях и моторных лодках. Этот же тип двигателя сделал возможным действительное осуществление воздухоплавательных приборов. Все без исключения управляемые аэростаты и летательные машины, оказавшиеся пригодными для настоящей практической службы наравне с пароходами и автомобилями, приводились в движение бензиновыми двигателями внутреннего сгорания. Бензиномотор и был тем главным инструментом, без которого нельзя было создать жизнеспособную летательную машину какого бы то ни было рода.
Бензиновый двигатель
Ознакомимся в общих чертах с тем, как устроен и как работает бензиновый мотор. Главную часть каждого такого двигателя составляет один или несколько цилиндров, каждый из которых представляет из себя как бы стакан от 3-х до 6-ти дюймов[9 - 1 дюйм = 2,54 см. (Прим. ред.).] в поперечнике и приблизительно в 2 раза больше в длину. Стакан этот делается обычно из чугуна или стали, и внутренняя стенка его точно обтачивается на токарном станке и должна быть совершенно гладкой, а поперечник цилиндра – совершенно одинаковым на всей его длине. Внутри цилиндра двигается поршень, т. е. металлический стакан несколько меньших размеров, обточенный с своей наружной стороны и пригнанный к цилиндру вплотную таким образом, что воздух не может проходить между стенками цилиндра и поршня. В дне цилиндра имеется обычно 3 отверстия; 2 из них закрываются особыми клапанами, а в третье наглухо завинчивается так называемая свечка. Клапаны сделаны для того, чтобы в нужное время открывать доступ газам во внутренность цилиндра, которые производят работу, и затем дать им возможность, после того как работа будет совершена, выйти наружу. Клапаны мотора имеют приблизительно такое же назначение, как водопроводный или самоварный кран. Цилиндры соединены вглухую с остовом двигателя, а поршни с помощью особой промежуточной части – шатуна, присоединены к изгибам коленчатого вала, т. е. главной оси мотора. Когда коленчатый вал вращается, то поршни двигаются попеременно то в одну, то в другую сторону внутри цилиндров. Таким образом, поршень то приближается к днищу цилиндра, то удаляется от него. Если бы мы пожелали заполнить жидкостью все пространство внутри цилиндра, то когда поршень находится ближе всего к днищу цилиндра, жидкости войдет около 1-го чайного стакана, когда же поршень находится дальше всего от дна цилиндра, то жидкости войдет около 5-ти стаканов[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.).]. Свечка представляет из себя небольшой приборчик, в который проводится электрический ток, обычно доставляемый маленькой электрической машиной – магнето, вращаемой самим мотором. Как было указано, свечка ввинчивается в цилиндр так, что конец ее оказывается во внутренней его части. В этой части свечки в необходимый момент проскакивает электрическая искра. В моторах, о которых идет речь, работающим веществом является смесь паров бензина с воздухом. Смесь эта приготовляется особым небольшим прибором, который называется карбюратором. Через широкое отверстие в этот прибор попадает снаружи воздух. Кроме того, по небольшой трубочке в него же течет бензин из резервуара. Количество подаваемого бензина и воздуха можно, по желанию, изменять, пользуясь особенными краниками и заслонками, т. к. в зависимости от погоды, качества бензина и т. д. приходится несколько иначе составлять рабочую смесь, чтобы получить наилучшее действие двигателя.
Большая часть бензиновых моторов вообще и все без исключения двигатели, которыми пользуются в воздухоплавании, делаются по типу, называемому «четырехтактным». Такое название дано этим двигателям, т. к. во время работы их в каждом цилиндре происходят одно за другим четыре различных действия или, как их называют, четыре такта. Действия эти происходят в следующем порядке:
1) Поршень удаляется от дна цилиндра. В это время открывается клапан, впускающий рабочую смесь из карбюратора, и освободившееся между дном цилиндра и поршнем пространство заполняется этой смесью воздуха с парами бензина.
2) Поршень приближается к дну цилиндра. В это время оба клапана остаются закрытыми[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.).]. Места внутри цилиндра становится меньше, но смеси выйти некуда, т. к. все отверстия закрыты. Поэтому смесь паров бензина и воздуха в это время сжимается, сдавливается.
3) Поршень удаляется от дна цилиндра. В самом начале этого действия[12 - По большей части даже ранее, а именно – в конце второго действия. (Прим. авт.).] в свечке, о которой упоминалось выше, проскакивает электрическая искра, воспламеняющая смесь. Сгорание паров бензина, смешанных с воздухом, происходит страшно быстро, иначе говоря, происходит маленький взрыв. Стенки цилиндра делаются достаточно крепкими, чтобы выдержать этот взрыв, и все его давление уходит на то, чтобы с силою толкнуть поршень в направлении от дна цилиндра. В течение всего этого действия оба клапана продолжают оставаться закрытыми.
4) Поршень приближается к дну цилиндра. В самом начале[13 - В быстроходных двигателях даже ранее, а именно – в конце третьего действия. (Прим. авт.).] этого действия открывается другой клапан, позволяющий сгоревшей смеси свободно выйти из цилиндра. При приближении поршня к дну цилиндра места в последнем остается очень немного, и т. к. имеется свободный выход через открытый клапан, то все, что осталось от взрыва, уходит прочь, оставляя цилиндр свободным и готовым для нового наполнения рабочей смесью.
С концом 4-го действия клапан выпуска закрывается, другой клапан – впускной – открывается, и все действия повторяются в прежнем порядке. Таким образом, источником работы мотора внутреннего сгорания является взрыв смеси воздуха с парами бензина, керосина или с газом. Взрыв, который в каменноугольных копях, в местах, где хранятся запасы бензина и др. горючих жидкостей, может причинить огромные бедствия – этот самый взрыв, производимый теми же веществами, но в маленьком виде внутри цилиндра двигателя, может быть послушным помощником человека. Он может в этом случае двигать автомобиль, моторную лодку, воздухоплавательный аппарат; может совершать и огромное число других мирных работ в промышленности и в сельском хозяйстве. Работающий двигатель можно также сравнить с ружьем, в котором пуля не может вылететь из ствола, а лишь способна, двигаясь внутри него, дать толчок, полученный от взрыва порохового заряда, некоторой ручке, вращающей колесо, – в данном случае – коленчатому валу. Выстрелы непрерывно следуют один за другим по 10–15 в секунду, и каждый раз дается небольшой толчок вращающемуся колесу. Сравнивая работающий двигатель с ружьем, мы должны были бы считать: первый такт, или первое действие – заряжанием; второе – забивкой, уплотнением заряда; третье действие – выстрелом и четвертое – очисткой ствола от дыма и копоти. Когда мотор действует, то в каждом его цилиндре одну четверть времени продолжается полезная работа, а три четверти состоит в подготовлении условий, нужных для работы. Чередование работы и промежутка идет очень быстро – в одну секунду каждый цилиндр дает 10–15 таких толчков. На главный вал мотора надевают обычно тяжелое стальное колесо, называемое маховиком[14 - В воздухоплавании часто на ось мотора прямо прикрепляют воздушный винт. В этом случае можно обходиться и без маховика. (Прим. авт.).].
Делается это по следующей причине: как было сказано, работа в цилиндрах происходит не равномерно, а в виде толчков. Поэтому во время вспышки – взрыва в цилиндре, мотор с силой дергал бы механизм, который он должен вращать, а все остальное время он не давал бы никакой силы и даже мог бы перестать вращаться. Быстро вращающееся маховое колесо как бы впитывает в себя эти толчки. Известно, что тяжелое колесо нельзя заставить сразу вращаться быстро. Его также нельзя сразу остановить, если оно быстро вертится. Поэтому такое колесо делает в двигателе толчки незаметными, а всю его работу – плавной. На моторных лодках и в промышленности очень часто пользуются двигателями с одним цилиндром и с тяжелым маховиком. В воздухоплавании, где все части делаются легкими и тонкими и где все вообще стараются делать возможно легче, моторы никогда не делаются одноцилиндровыми; их всегда делают с большим числом сравнительно малых цилиндров, получая, таким образом, еще более ровную работу и более легкий вес.
Во время работы цилиндры от ряда непрерывно происходящих внутри них взрывов сильно нагреваются. Это могло бы даже разрушить их материал и, во всяком случае, сделало бы невозможной работу двигателя, т. к. на раскаленных металлических стенках не удержалось бы никакое смазочное масло, если бы цилиндры не были охлаждены снаружи специальными приспособлениями. В большинстве двигателей цилиндры охлаждаются следующим образом: на цилиндр снаружи надевается металлический колпак, так, чтобы между ним и стенками цилиндра оставалось свободное пространство, приблизительно в палец толщиной[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.).]. К этому колпаку или, как его называют, водяной рубашке, приделываются с противоположных сторон две трубы. В одну из них все время с помощью небольшого насоса подается холодная вода, через другую вода выходит из рубашки цилиндра. Холодная вода, касаясь стенок цилиндров, все время охлаждает их, но зато нагревается сама. В моторной лодке это не страшно, так как холодная вода накачивается все время из-за борта. На автомобиле или на воздухоплавательном аппарате, где запас воды приходится брать с собою, вся вода в несколько минут закипела бы и очень скоро испарилась бы, если бы пустить ее из мотора прямо в тот сосуд или резервуар, в котором она взята с собою. Поэтому воду, которая охлаждает работающей двигатель, приходится в свою очередь тоже охлаждать. Для этой цели обычно пользуются так называемым радиатором. Делается этот прибор следующим образом: два металлических резервуара соединяются между собой большим числом тонких трубочек. Весь радиатор располагается таким образом, чтобы на трубочки возможно сильнее дул ветер. Иногда для этого делают небольшой вентилятор, который создает искусственный ветер между трубочками. Горячая вода из мотора идет по трубе в верхнюю часть радиатора и затем по тонким трубочкам медленно течет в нижнюю его часть. Проходя медленно по тонким трубочкам, обдуваемым снаружи ветром, вода, значительно охладившись, поступает в нижнюю часть радиатора, а оттуда насосом накачивается опять в двигатель, охлаждая его, нагревается сама, т. е. уносит из него избыток теплоты в радиатор. Это продолжается во все время работы, и сравнительно небольшого количества воды достаточно, чтобы обеспечить надолго исправное действие мотора. Так, например, в аэропланный двигатель в 100 лош. сил надо было вливать около 2 ведер воды, чтобы заполнить рубашки цилиндров, радиатор и все трубы. Летом, часов через 10 полета, требовалось подлить около одной четверти ведра.
Так устроен двигатель, который сделал практически возможным воздухоплавание во всех его видах. Главным преимуществом бензинового мотора перед паровым или электрическим двигателем была большая легкость его самого, а также и вещества, которое служит источником его работы. Когда мы говорим, что бензиновый двигатель легче парового или электрического, то, понятно, мы сравниваем машины, дающие одну и ту же мощность, т. е. развивающие одинаковое число лошадиных сил. Сравним, для примера, веса трех разных типов двигателей, дающих по 25 лош. сил.
I. ПАРОВАЯ МАШИНА такого типа, какой стоял на аэростате Жиффара, весила бы для 25 лош. сил около 3000 фунт. (75 пудов).
II. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ с батареей элементов – около 3100 фунт. (77 пудов).
III. БЕНЗИНОВЫЙ МОТОР со всеми принадлежностями – около 200 фунт. (5 пудов).
Кроме того, бензиновый двигатель такой силы израсходует в час работы не более 18 фунтов бензина и от 1-го до 3-х фунтов смазочного масла, тогда как два других типа двигателей потребуют, по крайней мере, в 3 раза больше разных веществ.
Это имеет тоже очень большое значение. За последнее время некоторым строителям удалось построить очень легкие паровые машины, но большой вес топлива и воды, необходимых для их работы, оставлял их далеко позади бензинового двигателя. Когда строились управляемые аэростаты, о которых упоминалось выше, приходилось всегда соблюдать громадную экономию в весе всех частей и материалов, которые шли в дело, так как данного размера аэростат может поднять только определенный груз, и если он со всеми своими частями будет слишком тяжел, то он не отделится от земли.
Таким образом, двигатель, со всеми его частями, должен был тоже весить не больше определенного количества фунтов; пока строители пользовались паровыми и электрическими двигателями[16 - Строились несколько раз также аэростаты, двигавшиеся работой людей, вертевших ось винта. Это было еще хуже, чем с паровыми или электрическими машинами. (Прим. авт.).], сила двигателей всегда была слишком малой.
Понятно, что если сделать аэростат большим, то и подъемная сила его окажется большей и можно будет поставить более сильный двигатель. Но, чтобы двигать по воздуху громадную оболочку такого аэростата, потребуется также значительно большая сила, и значит, двигатель всегда останется слишком слаб, если только он не дает много силы на каждый фунт своего веса.
Бензиновый двигатель и оказался тем достаточно легким мотором, который сделал возможным осуществление управляемых аэростатов, действительно летающих даже и против сильного ветра, согласно воле того, кто им управляет. Этот же мотор сделал, наконец, возможным и постройку наиболее важных современных летательных машин – аэропланов, о которых подробно будет рассказано далее.
Первое удачное применение бензиномотора на аэростате представляли из себя работы САНТОС-ДЮМОНА – одного из наиболее замечательных изобретателей, работавших в области воздухоплавания.
Альберто Сантос-Дюмон (1873–1932)
Первые работы этого молодого талантливого строителя относятся к 1897 году. Он сделал для себя небольшой круглый аэростат и производил на нем полеты вблизи Парижа. Получив таким образом некоторый опыт в воздухоплавании, он построил свой первый управляемый аэростат, бывший, вероятно, самым маленьким из всех когда-либо строившихся. Аэростат должен был поднять на воздух лишь вес изобретателя и маленького бензиномотора в 3? лош. силы, снятого с мотоциклетки.
Аэростат оказался сравнительно удачным, довольно хорошо слушался рулей и позволил своему строителю получить много ценных сведений для дальнейших работ. Первый же полет окончился гибелью аэростата, причем его изобретатель не пострадал лишь случайно. Это нисколько не смутило Сантос-Дюмона, и он немедля принялся за осуществление второго аэростата, давшего лучшие результаты, а затем и целого ряда других. В это время к воздухоплаванию уже относились с большим интересом, и во Франции одним человеком[17 - Анри Дейч де ла Мер. (Прим. авт.).] был обещан крупный приз тому воздухоплавателю, который вылетит из указанного места вблизи Парижа, облетит вокруг Эйфелевой башни[18 - Эйфелева башня – высокая железная башня, построенная в центральной части Парижа инженером Эйфелем. (Прим. авт.).] и вернется к месту, откуда он начал свой полет.
Выше указывалось, что уже инженеру Жиффару, а также полковнику Ренару удавалось возвращаться к месту вылета на своих управляемых аэростатах. В данном же случае требование было более серьезным. Надо было совершить заданный полет в определенное время – не больше, чем в полчаса. Чтобы выполнить это условие, требовалось создать аэростат, идущий с значительно большей скоростью, чем та, которая достигалась до этого времени.
В июле 1901 года Сантос-Дюмон решился попробовать выполнить условия упомянутого приза. В присутствии свидетелей и большого числа зрителей он поднялся на воздух на своем аэростате № 5 из указанного предместья Парижа и полетел к Эйфелевой башне. Через 10 минут он уже поворачивал свой аэростат, огибая башню, но на обратном пути встретил довольно сильный ветер, значительно замедливший скорость хода. Аэростат успешно двигался против ветра, но скорость его настолько уменьшилась, что он достиг места вылета лишь на сороковой минуте. Приз, таким образом, взят не был. Вдобавок к этому, вскоре после возвращения, когда аэростат еще находился в воздухе, на нем остановился двигатель. Аэростат перестал быть управляемым, его понесло ветром на большое дерево и он был сильно поврежден.
Неутомимый изобретатель вновь принялся за работу и быстро построил аэростат № 6, на этот раз несколько больших размеров, превосходивший все остальные своей надежностью и скоростью. Он был приведен в движение бензиновым двигателем в 12 лош. сил. 19-го октября 1901 года Сантос-Дюмон вновь сделал попытку взять приз Дейч де ла Мера. Он вылетел с указанного места на своем аэростате, ровно через 9? минут уже долетел до Эйфелевой башни, обогнул ее и через 29? минут от начала полета вернулся к месту вылета. Таким образом, требования приза были выполнены, и он получил обещанную сумму в 125000 франков[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.).].
Дирижабль Сантос-Дюмона облетает вокруг Эйфелевой башни
Эти работы Сантос-Дюмона можно считать действительным разрешением вопроса о создании управляемого аэростата. В дальнейшем эти аппараты совершенствовались, их стали строить во всех странах, на них стали ставить двигатели, дававшие огромную силу, и, таким образом, оказалось возможным получить значительно большую скорость, а вместе с тем все меньше и меньше зависеть от ветра.
В развитии воздухоплавания большое значение имели работы еще одного выдающегося изобретателя – графа ЦЕППЕЛИНА, начавшего осуществление своих аэростатов приблизительно в то же время, когда и Сантос-Дюмон.
Дирижабль Цеппелина
Управляемые аэростаты этого строителя значительно отличались от всего того, что делалось до тех пор. Во всех аэростатах, строившихся до этого времени, вся оболочка, в которой находился газ, была мягкой и сохраняла свою удлиненную форму только благодаря заполнявшему ее газу. При таких условиях трудно было сохранить точно ту форму, которая давала бы самые лучшие результаты. Граф Цеппелин задумал сделать аэростат совершенно иначе. Он изготовил из легких материалов остов – каркас, состоявший из шестнадцати легких продолговатых балок, скрепленных между собой особыми обручами. Вся эта огромная труба снаружи была обтянута материей. Передний и задний концы делались заостренными, для чего указанные шестнадцать балок как бы изгибались и сводились в одну точку. Таким образом, получался огромный, довольно легкий остов, пустой внутри, способный совершенно точно сохранять свою форму. Внутри его помещалось большое число обыкновенных воздушных шаров. Когда их наполняли газом, они совершенно заполняли внутренность остова. Таким образом, получалась двойная выгода. Весь аэростат отлично сохранял свою форму, что было очень важно для его устойчивости и для скорости полета; кроме того, в случае повреждения не весь газ уходил из оболочки, а лишь небольшая часть его, заполняющая тот внутренний шар, который окажется неисправным[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.).].
Граф Цеппелин истратил очень много времени и все деньги, какие у него были, на свои опыты, но в конце концов ему удалось достигнуть очень хороших результатов. В 1908 году Цеппелин закончил свой аэростат огромных размеров в 460000 куб. фут. вместительностью, с двумя моторами по 110 лош. сил каждый. Полный вес его достигал 16 тонн (около 1000 пудов), причем он мог свободно нести 18 пассажиров.
В 1908 году этот огромный воздушный корабль совершил удачный длинный полет, продолжавшийся около 12-ти часов, причем было покрыто около 400 верст. Аэростат летел со скоростью в среднем около 35 верст в час. Временами достигалась еще большая скорость.
В это время «создание» управляемых аэростатов, можно считать, уже закончилось, и в дальнейшем шло лишь улучшение и совершенствование их – как совершенствуются и в настоящее время пароход и железные дороги, которыми мы пользуемся.
