Как изобрести всё. Создай цивилизацию с нуля

Она позволит вам перескочить через несколько страниц сценария, изучая полет на земле, когда движущийся воздух обтекает неподвижное крыло (модель), а не наоборот, запуская всякий новый образец в небо, чтобы типа посмотреть, что там такое получится. Привяжите веревочки, чтобы видеть, как движутся потоки воздуха рядом с летательным аппаратом, или используйте дым, чтобы сделать эти потоки видимыми.

Вы можете измерять аэродинамические силы, действующие на ваш аппарат, поместив его на рычажные весы. Если вы еще не изобрели их, то это просто балка, поставленная на вершину треугольника, с деревянными лопастями на каждой стороне. Когда давление на обе половины балки одинаково, она остается в равновесии.

Разместите ваше устройство так, чтобы одно плечо балки находилось внутри аэродинамической трубы (на него вы будете ставить летательный аппарат), а другое снаружи (там разместится противовес). Крыло в трубе создает подъемную силу, и благодаря ей вес летающего аппарата меняется, и вы сможете измерить, как он меняется, и подсчитать подъемную силу[196].

Крыло в разрезе выглядит следующим образом (рис. 47).

Рис. 47. Крыло в разрезе

Крылья работают благодаря изменению локального давления, эксплуатируя тот факт (открытие которого вы теперь можете приписать себе), что объект, движущийся через газообразную среду, постоянно остается в контакте с ней во всех точках поверхности[197]. Крыло разрезает воздух, заставляя ту его часть, что оказывается сверху, завихрить ся, а потом устремиться вниз, чтобы соответствовать форме крыла, из-за этого воздух занимает больший объем и падает его давление. И наоборот, воздух, проходящий снизу, заталкивается в меньший объем пространства и давление под крылом повышается.

Именно этот перепад давления и создает подъемную силу.

Крылья генерируют подъемную силу и вторым путем, эксплуатируя закон «действие равно противодействию», тот самый, что мы вспоминали в разделе 10.12.5. Воздух, проходящий и сверху, и снизу, направляется вниз, когда он покидает крыло, и оно поэтому движется вверх. Вы можете отклонить больше воздуха, сильнее наклоняя крыло, но до определенного предела, при котором воздух перестает скользить по крылу, а начинает двигаться турбулентно, и это не только уменьшает подъемную силу, но часто приводит к крушению.

Само собой, чтобы получить подъемную силу, вам необходимо двигать крылья через воздух, и делать это быстро. Этого можно добиться с помощью реактивных двигателей, но в большей части самолетов (и мы полагаем, что и большая часть застрявших в прошлом путешественников во времени) используют пропеллеры, то есть наборы крохотных вращающихся крыльев, которые тянут самолет вперед, а не поднимают[198].

Добавив небольшой изгиб в форму пропеллера, вы сделаете его более эффективным. На самом деле небольшие изменения в форме крыльев, используются они в пропеллере или нет, могут производить большой эффект, и это свойство вам необходимо использовать, проектируя ваш летательный аппарат.

Вот так может выглядеть простой самолет, и вы наверняка захотите скопировать его устройство (рис. 48).

Рис. 48. Части самолета

Хвост поможет стабилизировать полет, а закрылки на хвосте, которые должны двигаться вверх-вниз, позволяют опускать или поднимать хвост и таким образом определять угол подъема/спуска. Руль поворачивается вправо-влево, и с его помощью вы направляете нос самолета куда нужно. Элероны обеспечивают вам возможность перекувырнуться, поднимите один и опустите второй, и самолет крутанется «через голову». Ну а помимо трюков они нужны для того, чтобы стабилизировать и выравнивать полет. Закрылки на главном крыле действуют аналогично элеронам, но они устроены так, что поднимаются и опускаются вместе, что позволяет вам вносить поправку в количество подъемной силы, генерируемой крыльями. Можно их опустить, чтобы подъемная сила увеличилась, и это полезно при посадке на малой скорости, или поднять, чтобы обеспечить рост скорости.

Помимо тяги и подъемной силы на самолет оказывают влияние еще два фактора: вес (то есть гравитация, тянущая его к земле) и торможение (любая сила, противоположная тяге, скажем, сопротивление воздуха). И это другая область, где аппараты тяжелее воздуха выглядят много более сложными.

В теории – приделайте крылья достаточного размера к штуковине, способной тащить себя через воздух, и вы полетите. На практике двигатели, создающие тягу, требующуюся для создания подъемной силы, достаточной для полета человека, имеют тенденцию быть тяжелыми, и это усложняет все еще больше. Двигатели внутреннего сгорания имеют лучшее соотношение мощность/вес, но паровые двигатели тоже можно использовать. Первый управляемый человеком аппарат тяжелее воздуха на паровом двигателе отправился в краткий полет в 1874 н. э., то есть обошел братьев Райт почти на тридцать лет[199].