Под парусами — хоть к полюсу?
Вспомните, первые корабли и лодки могли плыть в основном по ветру. Если же такой курс не устраивал моряков, они вынуждены были садиться за весла. Силе ветра они могли противопоставить лишь мощь своих мускулов.
Но физических сил у человека не так уж много. Куда сильнее он умственно. И потому со временем люди научились строить такие корабли, которые могли бороздить морские просторы наперекор ветру и волнам.
Сначала парусники стали плавать против ветра, используя его же силу. Корабль или яхту заставляют двигаться переменными галсами, то есть разными курсами под углом по направлению ветра. Управляя парусами и рулем, умелые мореплаватели в конце концов приводят судно к намеченной цели. Потом на кораблях появились двигатели с винтами, которые сделали паруса вообще ненужными.
Примерно то же самое происходило и в небе. Поначалу воздухоплаватели тоже пробовали брать с собой в полет весла. Но быстро поняли их бесполезность. Вода в 800 раз плотнее воздуха, а кроме того, практически несжимаема, поэтому от нее и удается оттолкнуться веслом. Воздух же легко поддается напору, и единственное, что можно сделать, махая веслами в воздухе, так навеять ими прохладу, словно веерами-опахалами.
Впрочем, несколько полезных идей аэронавты у мореплавателей все же почерпнули. Например, известно: узкая лодка движется быстрее широкой при одинаковых усилиях гребцов. Оболочки аэростатов тоже стали делать вытянутыми, сигарообразной формы.
Для полетов над водой изобретатель Сивель предложил использовать якорь-конус — своеобразное ведро, которое сбрасывалось вниз из гондолы на длинной веревке, наполнялось водой и притормаживало аэростат лучше обычного гайдропа.
Еще одно новшество — некоторые изобретатели стали ставить на аэростатах... паруса. Например, в 1897 году шведский инженер Соломон Август Андре с двумя спутниками рискнул отправиться на воздушном шаре «Орел» к Северному полюсу. Перед началом полета Андре долго ждал ветер нужного направления. Но еще больше, чем на ветер, который ведь всегда может перемениться, инженер надеялся на те новшества, которые он придумал.
Попеременно управляя гайдропами и парусами, Андре научился отклонять полет шара почти на 30 градусов в сторону от направления ветра и надеялся, что ему все-таки удастся направить шар именно к Северному полюсу.
Однако, как показал опыт экспедиции, Андре чересчур понадеялся на достоинства своей конструкции. Шар вскоре обмерз, отяжелел, потерял подъемную силу, и экспедиция была вынуждена высадиться на лед. Ее участники, так и не добравшись до полюса, отправились в обратный путь пешком. От холода и недоедания люди вскоре обессилели, заболели... Закончилось все трагически — никто из участников экспедиции не добрался до берега...
Первые дирижабли
«Дирижабль» в переводе с французского означает «управляемый». Так называют аэростат, который способен двигаться наперекор ветрам. Каким образом? Раз весла и паруса не помогают, значит, надо, как и на воде, использовать винты-пропеллеры и двигатели.
Первым предложил сделать это французский инженер М. Менье. И представьте себе — еще в 1794 году, всего через год после того, как в небо поднялись первые монгольфьеры и шарльеры. Для управления ими Менье тут же предложил поставить воздушные винты, вращаемые... не моторами— таковых в ту пору еще не существовало, — а людьми! Усилий 80 человек, по мнению Менье, достаточно, чтобы воздушный корабль перестал быть игрушкой ветра.
Однако на практике получилось не так, как рассчитывал изобретатель. Чтобы поднять большой экипаж, нужен корабль немалых размеров: по расчетам выходило, что его длина должна составлять 84,5 м, диаметр оболочки 42 м, а ее объем — 79 тыс. куб. м.
Но чем масштабнее корабль, тем больше надо сил, чтобы сдвинуть его с места, удержать на курсе, противостоять натиску воздушной стихии... Поэтому соотечественник Менье, инженер-судостроитель Дюпюи де Лом предложил построить дирижабль как можно меньших размеров. В 1872 году его проект удалось осуществить на практике. Аэростат с 8 аэронавтами и воздушным винтом действительно
поднялся в воздух и смог развить скорость 8 км/ч — т. е. он двигался быстрее, чем идущий человек.
Но на большее у аэронавтов сил все равно не хватило. Дирижаблям были нужны мощные и в то же время легкие двигатели. И вот в 1851 году механику-самоучке А. Жиффару удалось построить паровой двигатель мощностью 3 л. с. А весил он всего 45 кг. Этот двигатель считался техническим чудом своего времени — ведь обычные двигатели имели тогда около 100 кг веса на каждую лошадиную силу мощности.
Построил Жиффар и дирижабль для своего двигателя. Объем его оболочки оказался в 30 раз меньше, чем у аэростата Менье. С помощью сетки под оболочкой был подвешен деревянный брус с рулем на одном конце. К брусу-балке прикреплялась гондола, в которой была установлена паровая машина и находился сам изобретатель, выполнявший обязанности и пилота, и механика. Трехлопастной пропеллер диаметром более 3 м вращался со скоростью 110 об/мин!
В сентябре 1852 года Жиффар поднялся на высоту около 2 км, затем потушил топку и благополучно приземлился. Во время полета аэростат развил скорость 10 км/ч, двигаясь перпендикулярно направлению ветра.
Несмотря на успешные испытания, дирижабль Жиффара не получил сколь-нибудь широкого распространения. Ведь он был одноместным, даже грузы перевозить не мог.
Прошло 20 лет, прежде чем в воздух поднялся дирижабль, созданный австрийским инженером П. Хейнлейном. Он был уже больших размеров, использовал двигатель, работавший на светильном газе; этим же газом заполнялась и оболочка. С помощью четырехлопастного пропеллера дирижабль развивал скорость 19 км/ч.
В 1883 году братья Г. и А. Тиссандье оснастили свой аэростат электрическим двигателем мощностью 1,5 л. с.
И наконец, чуть более ста лет назад, в 1896 году, в Германии изобретатель Вельферт построил дирижабль с бензиновым двигателем.
Таким образом, к концу XIX века в дирижаблестроении были использованы все возможные виды двигателей. Наилучшим образом показал себя двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине или соляре, и впоследствии дирижабли оснащались в основном двигателями этого типа.
Типы дирижаблей
Их классифицируют как матрасы; дирижабли бывают жесткими, полужесткими, полумягкими и мягкими. Причем не думайте, что это розыгрыш, — такова действительная официальная градация.
Обыкновенная — мягкая — надувная оболочка все-таки недостаточно хорошо держала форму, плохо противостояла порывам ветра, вот инженеры и постарались ее укрепить. Для этого в оболочку стали встраивать, вшивать металлические балки и фермы. Чем их больше, тем более жесткой становится конструкция.
Итак, если ферм в оболочке относительно много — она называется полумягкой. С увеличением их числа конструкция становится полужесткой и, наконец, жесткой. В 1897 году австрийский инженер Д. Шварц построил дирижабль, который имел не только металлический каркас, но и склепанную из тонких алюминиевых листов обшивку. Гондола тоже была сделана из алюминия. В ней помещался бензиновый двигатель мощностью 12 л. с., который вращал четыре пропеллера. Два из них были расположены по бокам гондолы; с их помощью аэронавты могли легко и быстро разворачивать свой корабль. Третий винт, позади гондолы, помогал дирижаблю двигаться против сильного ветра или использовался для развития большой скорости. И наконец, последний, четвертый пропеллер находился под гондолой. Ось его вращения была расположена вертикально, как у вертолета; этот пропеллер использовался для быстрого взлета и приземления дирижабля.
Испытания конструкции прошли не совсем удачно: на высоте 250 м отказал двигатель, и дирижабль при посадке поломался. Однако сама по себе идея создания жестких дирижаблей понравилась многим конструкторам, и такие летательные аппараты стали строить во всем мире.
Воздушные гиганты
Прямо на поверхности Боденского озера в Германии конструктор Фердинанд Цеппелин возвел огромный эллинг — гараж для дирижаблей. Длина его была 142 м, ширина — 23 м, высота — 21 м. А на воде его поддерживали 80 понтонов-поплавков.
В этом огромном зале, где при желании можно было бы запросто поиграть в футбол, и началось строительство воздушных кораблей новой конструкции. По имени изобретателя их так и назвали — цеппелинами.
Чем же отличались дирижабли Цеппелина от своих предшественников? Во-первых, большими размерами. Так, например, в 1900 году был построен дирижабль длиной 128 м, а объем его оболочки составил 11 300 куб. м! Во-нторых, в конструкцию воздушных исполинов были введены принципиальные новшества.
Всю оболочку поделили на несколько отсеков. Внутри каждого из них помещался отдельный баллон с газом. Таким образом, если какой из баллонов и давал течь, то остальные продолжали поддерживать дирижабль в воздухе.
Во время испытаний LZ-1 — так назвали новый дирижабль — показал отличные летные качества. И вслед за первым кораблем Цеппелин строит еще несколько, каждый из которых был крупнее предыдущего. Например, 128-метровый дирижабль LZ-3 мог поднять в воздух 9 человек и 2500 кг груза. Во время испытательного полета 6 октября 1906 года он взлетел на высоту 800 м и развил скорость 50 км/ч.
Летом 1910 года было завершено строительство дирижабля LZ-7 «Германия», длина которого составляла уже 148 м. Это был первый в мире дирижабль, специально предназначенный для перевозки пассажиров. Он брал на борт сразу 20 человек.
Большие дирижабли начинают строить не только в Германии, но и в других странах. Только в первом десятилетии XX века их было построено около 500. Причем в той же Германии на постройку очередного воздушного гиганта уходило менее месяца. А ведь это были громадины длиной уже более 200 м! Настоящие летающие корабли...
Так на практике была доказана справедливость расчетов выдающегося русского ученого К. Э. Циолковского. Еще в 80-е годы прошлого века, когда во всем мире только начали строить небольшие управляемые аэростаты, он научно доказал возможность и целесообразность создания именно больших дирижаблей. Глухой, почти ничего не видящий учитель из Калуги оказался дальновиднее многих всемирно признанных научных авторитетов.
В 1892 году была опубликована работа Циолковского «Аэростат металлический управляемый». Четыре года спустя Константин Эдуардович представил более подробный проект цельнометаллического дирижабля, рассчитанного на перевозку 200 пассажиров и 1400 т груза. Размеры воздушного гиганта поражают даже сегодня: длина — 210 м, объем оболочки — 70 тыс. куб. м!
Впрочем, проект ученого не получил признания у царского правительства. Изобретателю отказали в выдаче средств даже на постройку модели. Между тем на исполнение зарубежного проекта деньги нашлись. В 1893—1894 годах в учебно-воздухоплавательном парке Петербурга по проекту австрийского изобретателя Д. Шварца, о котором уже говорилось выше, строится первый в мире цельнометаллический дирижаоль с объемом оболочки 3,86 куб. м и длиной 47,6 м. Однако и тут дело пошло не столь уж гладко: денег на окончание строительства не нашлось, и изобретатель вместе со своим детищем уехал в Германию, где в 1897 году его дирижабль и совершил первый полет.
А возьмись россияне строить дирижабль по проекту Циолковского, глядишь, и подешевле бы вышло, и мировой рекорд в дирижаблестроении не упустили...
Однако лишь два десятилетия спустя в России начинают строить первые отечественные дирижабли. Справедливости ради надо отметить, что среди них были весьма неплохие конструкции. Например, за один только 1911 год на дирижабле «Киев» изобретателя Ф. Ф. Андреса было перевезено 198 пассажиров. В 1915 году начались испытания «Гиганта» — самого крупного российского дирижабля тех лет. Его длина составляла 150 м; четыре двигателя развивали суммарную мощность 860 л. с.!