Проекты Джоржа Кэйли

Все успехи в области воздухоплавания в эпоху промышленного переворота были достигнуты, главным образом, благодаря работам французов. Мы видели во Франции первых изобретателей и конструкторов, видных ученых и первоклассных спортсменов. Из Франции, как из центра, воздушные шары разлетались по всей Европе. Только позднее вопросы летания стали разрабатывать и в других странах.

Джордж Кэйли был первым ученым, который много и успешно занимался самостоятельной разработкой проблем воздухоплавания и авиации за пределами Франции. И Кэйли пошел много дальше своих современников французов. Если бы он жил во Франции, то, несомненно, нашел бы себе многих последователей. Но Кэйли работал в Англии и в одиночку. Поэтому его труды в свое время не получили широкой известности, а тем более признания, хотя по существу он оставил далеко позади себя все французские достижения.

Кэйли, как и его предшественник, француз Пауктон (1768 г.), вместе с теоретическим обоснованием принципа полета тоже разрабатывал схему машины геликоптерного типа. Но гораздо больше внимания Кэйли уделял не вращающимся крыльям, а распластанным неподвижно,— как у парящей птицы. Работая с 1804 г. над аэродинамическими вопросами и занимаясь выяснениями законов, посредством которых при движении в воздухе определяется сопротивление тел, Кэйли делал попытки выявить эффективность действия крыльев, смонтированных неподвижно, как у современных летательных аппаратов. По праву ему и принадлежит бесспорное лидерство не только в обоснованности работы крыла аэропланного типа, но и в разработке первой схемы самого аэроплана.

Никто до Кэйли не обсуждал вероятность осуществления полета на машине типа аэроплана. Даже Леонардо да Винчи, затронув в своих записках вопрос о подъемной силе, которая возникает во время движения доски, расположенной к направлению движения под углом, не упомянул ни единым словом о возможности соорудить летную машину именно на этом принципе. Кэйли же в 1809 г. дал четкую схему того, как планирует птица на распластанных крыльях, как и схему планера или аэроплана. Он определил в последнем случае приблизительный угол атаки, тяговую величину и роль хвоста для обеспечения устойчивости.

Схемы из статьи Джорджа Кэйли 1809 г. Схема аэроплана; с — центр сопротивления воздуха; fg — хвостовая поверхность; ab — несущая поверхность. Схема парящей птицы; e-d — направление движения; а-b — крыло; d-e — сопротивление воздуха, перпендикулярно направленное к a-b и разложенное на составляющую вертикальную — несущую силу e-f и составляющую горизонтальную d-f — сопротивление лобовое.

Эскизы планера Кэйли из его записной книжки 1799—1811 г. В нижнем варианте (верхний зачеркнут) крыло имеет форму змейковой поверхности, с передней частью в виде вытянутого полукруга и с задней в виде треугольника. Сзади (справа) — крестообразный хвост, а спереди (слева) — подвижной груз для продольного уравновешения.

Кэйли не ограничивался только теоретическими выкладками, он проделывал опыты с планерами, для чтобы проверки точности своих подсчетов. О таких испытаниях, к сожалению, точных сведений не сохранилось. Это тем более достойно сожаления, что из всех работ в области авиации в начале XIX века практические испытания планеров были наиболее осуществимыми, так как для них не было надобности в моторах.

Работы Кэйли, которые публиковались в английских научных журналах в 1809—1810 гг., в свое время получили известность очень малую. Даже во второй половице XIX века они явились неожиданным откровением для французских работников, занявшихся вопросами авиации.

К исследованиям аэростатов Кэйли перешел после того, как оставил испытания планеров. В 1816 г. он опубликовал первый проект управляемого аэростата-монгольфьера. На основании своих исследований над формой оболочки он спроектировал баллон с плавными обводами, имевший в длину 90 м при наибольшем поперечном сечении в виде эллипса, высотой 13,5 м и шириной 27 м. Относительное удлинение аэростата было сравнительно большим и лобовое сопротивление его было бы значительно меньше, чем у всех прежних аэростатов. Вместе с тем Кэйли позаботился о том, чтобы обеспечить оболочке неизменяемость формы. Для этого он впервые ввел в конструкцию носовой части баллона внутренние крепления из дерева или из мягких связей (проволоки или тросов).

Карусельная установка Кэйли для аэродинамических испытаний в течение 1803—1809 гг. (вертикальный вал вращается раскручиванием веревки от падающего груза; на правом рычаге — испытуемая прямоугольная поверхность; на левом рычаге — круглый противовес).

В качестве двигателя Кэйли предложил паровую машину. Не смущаясь ее громоздкостью и громадным весом, он пришел к выводу, что сможет получить для своего корабля скорость около 25 км/час. Правда, его подсчеты оказались ошибочными. Это увидел, прежде всего, он сам, так как паровая машина тех годов, развивавшая мощность в 1 лошадиную силу, столько же и весила, сколько живая лошадь. А в таком случае для вращения винтов выгоднее было брать вместо громоздкой машины с топливом доброго коня, который в продолжение небольшого перелета мог работать и без корма. Кстати сказать, проект управляемого аэростата с гребными колесами, работающими от конского топчана, был и в действительности предложен несколько позднее французом Жене.

Проект самоходного аэростата французского физика Жене (1825 г.). С помощью работы пары лошадей (на топчане) в действие приводятся воздушные колеса и получается тяга. Пять бочек служат для газодобывания при пополнении утечки водорода. Внизу — гондола-платформа в плане. Вверху, справа — вид аэростата сверху.

От паровой машины пришлось отказаться. Тогда Кэйли пытался использовать иные двигатели своего времени. Он сам делает опыты сперва с газовым мотором, применяя в качестве топлива нефть и древесный спирт, а потом с так называемой калорической машиной, работающей нагретым воздухом (такие машины имелись тогда в Англии). Но все старания Кэйли найти мало-мальски подходящий двигатель не привели к удовлетворительным результатам. Наука, техника и производственные возможности тех годов еще не могли создать нужных машин. Кэйли оказался в таком же положении, как и Леонардо да Винчи: все его проекты были преждевременными.

Но работа над воздушным кораблем не была оставлена. Кэйли сам говорил, что при современных ему условиях для создания управляемого аэростата придется измерять ткани баллона не ярдами, а акрами. Ведь чем тяжелее двигатель, тем большие надо давать размеры кораблю, чтобы создать выгодное соотношение между весом двигателя, его мощностью, весом всей машины и ее подъемной силой.

Поэтому, вернувшись к разработке воздушного корабля, Кэйли решил увеличить его длину до 130 м и наполнить его водородом (1837 г.). Паровая машина Уатта должна была в действие приводить два пятикрылых пропеллера. Расчетный вес аэростата с нагрузкой был определен в 73 т, из коих на долю полезной нагрузки автор отводил почти половину (34 т). По проекту корабль поднимать должен был 500 человек, при запасе топлива на 1 час полета, или 50 человек при запасе топлива на 48 час. Эти цифры были явно преувеличены, а главное, проектируемая паровая машина имела бы очень малую мощность, и аэростат, конечно, не смог бы бороться даже со слабым ветром. Недостаточная мощность двигателей являлась основным препятствием при сооружении самоходного воздушного корабля.

При рассмотрении конструкции аэростата Кэйли пришел к мысли сделать оболочку жесткой. Это надежнее обеспечивало неизменяемость формы корпуса. Он предложил две конструкции: оболочка в виде деревянного каркаса (остова), покрытого мягкой тканью, и оболочка цельнометаллическая — из листового материала. В последнем проекте была предвосхищена идея, впервые осуществленная позднее Цеппелином, размещать внутри корпуса воздушного корабля ряд отдельных мягких баллонов, заполненных газом.

Кэйли предполагал, что в разработках аэростатов он достигнет большего успеха, нежели в авиации. Одно время ему даже казалось, что только аэростатам принадлежит будущее. Но после продолжительной работы с аэростатами к авиации он все же вновь вернулся и в 1843 г. писал много о разных способах использования аэропланов.

«Летание по аэродинамическому принципу, — сообщал он, — возможно и обязано параллельно быть использовано с воздушными шарами, но в сообщениях на дистанциях меньших. Подобно тому, как существуют на воде и крупные корабли, и лодки маленькие, нужно также, чтобы и в воздухе имелись средства сообщения разного типа, которые лишь в совокупности будут составлять воздушный флот будущего».

Он подчеркивал нужность проведения работ по исследованию, в большей степени экспериментальных.

Такая правильная мысль очередной раз доказывает, как глубок технический ум и предвидение Джорджа Кэйли.