Передвижение и транспорт        08 ноября 2016        51         0

Как обуздать ветер?

Мнение Бланшара о том, что самоходность аэростатов, т. е. их самостоятельное движение, обеспечить можно при помощи крыльев или весел, разделялось в те годы почти всеми учеными.

Люди сравнивали полет с передвижением по воде. В то время еще не разбирались ясно в громадной разнице между стихиями водной и воздушной и не учитывали, что средства, годные в одной среде, будут ничтожны по своему действию в другой. Всем казалось, что можно легко и просто перемещаться в воздухе подобно птицам или насекомым, если уже достигнуто свободное висение над землей, если тяжесть уже преодолена подъемной силой газа и если осталось добиться только добавочной силы для тяги.

На протяжении весьма многих лет именно так и думали. Но действительность разбивала все эти надежды самым жестоким образом и заставляла людей глубже изучать свойства воздуха и сложные явления, возникающие при движении в воздухе твердых тел.

Был и другой предрассудок.

Считалось, что можно с успехом применять на аэростатах паруса. Стремясь копировать и применять к аэростату это простейшее средство в техническом плане, издавна применяемое на воде, люди не озадачивались мыслью, что морское судно, ветру подставляющее свои паруса, движется само и находится в воде — в другой стихии. И только поэтому на воде можно пользоваться ветром для движения в любом направлении. А аэростат с прилаженными к нему парусами способен перемещаться совместно с воздушными массами. Один и тот же поток в атмосфере несет в себе и паруса и аэростат. Поэтому паруса воздушному шару в самоходности ничем помочь не могут. И о воздушном поворотном руле нужно сказать то же самое: свободному аэростату он так же бесполезен, как и парус.

Предрассудок о возможности пользования парусами при аэростатах отпал довольно скоро, но всевозможные весла, крылья и колеса испытывались очень долгое время.

Первыми, кто обдумывал и испытывал приспособления для сообщения аэростату собственного движения, были, конечно, его родители и нянька — братья Монгольфье и Шарль. Братья Монгольфье истратили 40 000 франков на опыты и разные исследования, однако решения не нашли и первые высказали мысль, что, пожалуй, проще искать подходящий ветер на различных высотах, чем вступать в открытую борьбу с ветром совершенно иного направления. Шарль ограничился признанием, что задача представляет громадные трудности, для одоления которых он не видит средств. К такому же выводу постепенно приходили и другие изобретатели после многих безуспешных попыток.

Впервые занялся серьезно разработкой вопроса о способах управления аэростатом Мёнье, французский военный инженер.

Свой доклад он представил в 1783 году в Парижскую академию наук под названием «О равновесие аэростатических машин», после этого занялся разработкой проектов двух аэростатов с возможностью управления: первого объемом 80 000 м3, второго — 9000 м3. Главной заслугой Мёнье является — принятие основных принципов для устройств в аэростатах, дающих возможность им управлять. Эти принципы таковы: 1) для непосредственно тяги применение вращающихся пропеллеров, а не крыльчатых или гребных органов; 2) форма оболочки удлиненная, чтобы в полете сопротивление было минимальным; 3) вид и форму оболочки всегда оставлять неизменяемой и принять для этого меры.

Мёнье для выполнения последнего пункта внутрь оболочки предложил поместить мешок (баллонет) в котором будет храниться газ. В полете газ не должен расходоваться при свободном расширении самого газового мешка; это достигалось тем, что между наружной и внутренней оболочками накачивался с помощью мехов воздух, который выходил наружу через клапаны при расширении газового мешка. Таким образом, при разных объемах подъемного газа в мешке на различных высотах объем и форма всего баллона остаются все же неизменными.

Но он не мог решить вопрос о выборе источника энергии для тяги аэростата. В транспорте того времени двигатели еще не применялись. Изобретатель считал, что пока появятся нужные двигатели, путешествовать аэростат будет с попутными ветрами. Находить же такие ветра можно передвигаясь с использованием пропеллеров, которые будет вращать вручную экипаж.

proekt-menie

Первый технически разработанный проект управляемого аэростата военного инженера Мёнье (1784 г.).
а—а — вшитые в оболочку для прочности веревки; б—б — вентиляторы для нагнетания воздуха во внутреннее пространство в баллоне; В—В — вал с винтами; Д—Д— для тяги; Г—Г — пояс на оболочке для крепления подвески.

За Мёнье остается в истории завоевания воздуха почетная роль первого законодателя в аэростатике. К сожалению, с его законами почти совершенно не считались в течение очень многих лет.

Весла и руль после испытаний Бланшара стали предметом более обширных опытов. Дижонская академия наук (Франция) и занялась этим. Физик Гитон де Морво активно в них участвовал. Для этой цели был сооружен шарльер, к поясу по экватору которого смонтировали деревянный обруч. Непосредственно на самом обруче установили три прямоугольных поверхности способные двигаться: две из них производили машущие движения, наподобие птичьих крыльев, а третья могла отклоняться вправо и влево, напоминая руль. В движение такую систему нужно было из гондолы руками, при помощи веревок. Еще пара крыльчатых весел были приделаны еще особым способом в самой гондоле.

Два раза дижонский аэростат в 1784 году испытывался в воздухе безуспешно. Как ни уверяли себя испытатели, что их приспособления работают и дают нужный эффект, однако в действительности эффективность крыльев достигалась только в полный штиль; любой, даже самый малейший ветерок показывал такую силу, что аэростат был не в состоянии с ней справиться. Явная безнадежность в одолении ветра, вынудила опыты прекратить.

Интересен один случай, происшедший с дижонским баллоном при подготовке ко второму испытанию.

Перед наполнением водородом оболочка была надута, примерно, на три четверти, атмосферным воздухом и в таком виде вместе с сетью осматривалась и сушилась на солнце. Вскоре после полудня, когда баллон значительно нагрелся солнечными лучами, поднялся свежий ветер. Двое рабочих взялись за сетку, но сильный ветер вырвал шар, и в руках охраняющих остались лишь обрывки сети. Поднявшись выше мачт, между которыми он был установлен, баллон увлек с собой деревянный экваториальный обруч и около 30 кг веревочного такелажа. Из трех последних поясных веревок, связывавших баллон с землей, две были разорваны, а третья вытянута вместе с колом, к которому она была привязана. Освободившись, наконец, от всех пут, шар перелетел через здание на соседний двор…

Там за свесившийся канат ухватился четырнадцатилетний школьник. Новый порыв ветра поднял баллон вместе с мальчиком и перекинул через стену высотой 4 м в поле, где школьнику удалось благополучно соскочить. Облегченный баллон промчался еще 250 шагов, пока не напоролся на деревья.

Вот как оказалась велика подъемная сила воздуха, нагретого солнцем в оболочке. В нагревающихся аэростатах, при последующем охлаждении, когда газ внутри баллона сжимается, подъемная сила оказывается иногда значительно меньшей, чем была до нагрева, так как некоторая часть газа, расширяясь при нагревании, уходит наружу через аппендикс. Вот причина часто наблюдавшихся случаев быстрого снижения, даже падения, аэростатов после прекращения нагрева их солнцем. Если при этом у воздухоплавателей не будет достаточно балласта, чтобы уравновесить аэростат, то положение грозит катастрофой.

Не менее серьезно, чем в Дижонской академии, готовились к испытанию двигательных средств на аэростате братья Робер. Деньги на эти опыты были предоставлены со стороны, а в основу конструкции были положены принципы, разработанные Мёнье. Так был построен удлиненный баллон (длиной 18 м и поперечником 12 м) с внутренним мешком: только во изменение проекта Мёнье братья Робер нашли более удобным в наружную оболочку заключить водород, а внутренний мешок наполнить воздухом, накачивая его насосом из гондолы. Гондола имела крыльчатые весла и руль.

Первое испытание, при участии четырех человека, переросло, однако, в острое приключение, которое длилось всего 18 мин. Попав в бурю, аэростат сильно завертело, а весь экипаж занимался, главным образом, тем, чтобы успешнее и поскорее вернуться на землю.

Все двигательные приспособления при этом были сброшены за борт, в связи с их бесполезностью. Хотели вытащить с той же целью из оболочки и внутренний мешок, но он застрял и, что еще хуже, заткнул собой аппендикс. Таким образом, баллон оказался закупоренным. Тем временем ветер вынес воздухоплавателей из облаков, и от сильных солнечных лучей оболочка стала сильно расширяться. Ввиду угрозы разрыва баллона пришлось принимать героические меры: один из пассажиров штоком проткнул брюшную часть баллона в двух местах, после чего аэростат быстро спустился.

Оригинальный опыт задумали два парижских изобретателя Миолан и Жанине. Они решили добиться горизонтального перемещения монгольфьера посредством выпуска в сторону, противоположную движению, горячей струи изнутри оболочки. Для испытания был построен большой монгольфьер высотой около 35 м с отверстием в одной стороне и с поворотным рулем с другой стороны. Испытание было назначено, конечно, публичное, с платным входом. Но до подъема в воздух, к счастью, дело не дошло, так как уже при наполнении оболочки возник пожар. Незадачливых изобретателей долго высмеивали потом в печати и на подмостках.

Как ни тщетны были все попытки бороться с ветром в воздухе, они не прекращались. Но изобретатели не могли похвастаться никакими успехами.

Француз Тетю-Брисси, — позднее хорошо известный «бродячий» воздухоплаватель,— делал попытки применения многолопастных колес, но и он, как и другие потерпел неудачу.

Видя полную безуспешность попыток использовать мускульную силу для сообщения аэростату горизонтального перемещения, изобретатели пошли другими путями.

В 1780 году во Франции обсуждался проект кавалерийского офицера Скотта. Заимствовав у Мёнье удлиненный баллон и идею внутреннего мешка, Скотт расположил баллонеты по концам — на корме и в носу — оболочки и провел к ним шланги от воздушных насосов в гондоле. Такое устройство позволяло изменять положение продольной оси баллона, наклоняя его носом либо вверх, либо вниз посредством соответствующей перекачки воздуха. Увеличением же или уменьшением общего количества воздуха в баллонетах можно было регулировать величину подъемной силы всего аэростата.

Изобретатель рассуждал так. Задрав нос баллона и дав избыточную подъемную силу, я заставлю аэростат скользить вперед при его стремлении вверх. А когда аэростат уравновесится, я уменьшу подъемную силу, и под влиянием собственной тяжести аэростат тоже будет скользить вперед, хотя и со снижением. Таким путем изобретатель хотел маневрировать достаточно долгое время и в любом направлении.

Скотт назвал свой корабль планером — по характеру тех скользящих движений, которые он рассчитывал получить. Эта идея разрабатывалась позднее в разных видах и другими изобретателями. Все они, однако, хотели по существу обмануть природу. Это, понятно, не удавалось: из ничего нельзя было извлечь и никакой полезной работы. Раз в аэростате нет собственной горизонтальной тяги, он не может получить и собственного поступательного движения, независимого от ветра. При избыточной подъемной силе аэростат будет просто подниматься в движущемся потоке окружающего его воздуха; другими словами, при подъеме он будет перемещаться и горизонтально, но не туда, куда захочет аэронавт, а только туда, куда его понесет ветер. При отсутствии достаточной сплавной силы, когда аэростат снижается, картина будет практически точно такой же.

Теоретически «планирование» аэростата осуществимо, если он будет должным образом уравновешен и построен так, что оболочка его будет играть роль крыла аэроплана (или планера). Но и в этом случае боковые силы, возникающие при подъеме или снижении, будут очень малы и смогут двигать аэростат поступательно лишь в штиль, да и то с ничтожной скоростью. Разработка таких идей доказывала отсутствие четкого представления о том, что аэростат в воздухе является частью самого воздуха, и, значит, влияние на него ветров столь же велико, как, например, на облака или на дым. Равно люди совершенно не разбирались в оценке аэростатической силы при снижении или подъеме, которая по своей величине практически ничтожна.

Для действительного обуздания ветра требовались мощные механические средства, которых в те годы еще не было. Лионская академия наук, после трех отсрочек представления трудов на тему об управлении аэростатами, осенью 1785 г. отменила свою премию, не видя возможности получить удовлетворительные решения.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *