Воздушный путь

Всем известен воздушный змей, который держится в воздухе без машущих или вертящихся поверхностей. Наконец, многие большие птицы иногда держатся в воздухе, совершенно не двигая крыльями. В южной части России нередко можно наблюдать аистов, парящих в воздухе, не двигая крыльями. Птицы в этом случае, а воздушный змей — всегда, держатся в воздухе, как аэропланы. Аэроплан значит по-русски — воздушная плоскость. Действие аэроплана — очень простое. Представим себе некоторый плоский, легкий предмет, например, лист картона, имеющий по одному аршину в длину и ширину. Расположим его горизонтально[ 30 ] и начнем двигать прямо в одном направлении так, чтобы не подниматься и не спускаться. Если вообразить себе такое движение происходящим над озером или морем, то это значило бы, что расстояние от нашей плоскости до воды все время остается одно и то же. Такое движение называют горизонтальным. При таких условиях наша пластинка будет двигаться точно своим ребром вперед и не будет испытывать давление воздуха вверх или вниз. Если мы теперь, продолжая двигать лист в прежнем направлении, немного приподнимем, например, на один вершок[ 31 ], передний край его, то вся пластинка начнет испытывать давление воздуха снизу. Если будем двигать нашу плоскость быстро, то давление воздуха снизу, т. е. подъемная сила пластины, может быть довольно велика. Так, например, с каждого квадратного аршина пластины, движущейся со скоростью 100 верст в час, можно получить целый пуд и даже более подъемной силы. А если плоскость будет сделана не в один, а в 100 или 300 квадратных аршин, то можно легко получить 100 и 300 пудов грузоподъемности. А плоскость достаточно прочная может быть легко сделана в 5, даже в 7 раз легче, чем то, что она при таких условиях поднимает, и значит, большая часть подъемной силы может быть потрачена на необходимые механизмы, людей, запасы и т. д. Ни, как было сказано, эта подъемная сила существует только тогда, кода плоскость быстро движется. Иначе говоря, необходимо, чтобы какой-нибудь механизм тащил эту плоскость по воздуху, и притом с большой силой, т. к. необходима значительная скорость. Таким механизмом является легкий мотор и воздушный винт. Двигатель с винтом толкают вперед по воздуху весь аэроплан с большой скоростью, а плоскости или крылья поддерживают всю машину со всем, что на ней находится. Таковы основы устройства аэроплана. Таким образом, мотор и воздушный винт являются необходимой частью, делающей возможным полет и поднятие на воздух нескольких десятков людей с помощью аэроплана. И тот же винт не мог пока поднять как следует даже одного человека непосредственно, т. е. как геликоптер. Причина этому следующая: как было сказано, плоскость надо двигать вперед с большой скоростью и для этого требуется значительная сила. Если некоторая плоскость в 1 кв. аршин движется с данной скоростью, например, 100 верст в час и дает грузоподъемность в 1 пуд, то ее требуется тянуть вперед с силой примерно 6 — 8 фунтов. Понятно, что всякий строитель аэроплана хотел, чтобы с тем же двигателем поднять побольше груза, и вот, стали изучать и пробовать, все ли плоскости несут одинаковый груз и требуют одинаковую силу для своего передвижения в воздухе, или можно улучшить и выгадать что-нибудь. В дальнейшем будет подробнее рассказано, как именно производились опыты над разными крыльями. Пока приведем лишь главные результаты. Было выяснено, что плоскости, у которых длина и ширина приблизительно одинаковы, действуют гораздо хуже, чем те, у которых длина в 5 — 8 раз больше ширины и которые притом движутся, встречая воздух своим длинным ребром. Оказалось также, что крылья выгнутые, в которых впадина приходится с нижней стороны, а выпуклость сверху, действуют гораздо лучше, чем плоские. Перепробовали всяких крыльев бесчисленное множество и под конец добились таких, которые на каждый пуд поднимаемого груза требовали лишь 2 фунта тяги для движения. Такое выгодное действие крыльев могло быть не при всяком их положении, а лишь при некоторых определенных углах встречи[ 32 ]. В этом свойстве крыльев и лежит причина того, что аэроплан поднимает грузы гораздо больше, чем геликоптер. В самом деле, небольшой винт на моторе в 100 лош. сил может дать около 15 пудов тяги, т. е. мог бы поднять геликоптер, весящий полностью не более 15 пудов. Те же винт и мотор с помощью аэропланных крыльев поднимут на воздух пудов 60, даже больше[ 33 ]. Казалось бы, что можно поднять и еще больше с помощью крыльев. Но надо помнить, что тяга винта идет не только на движение в воздухе крыльев; весь остов аппарата, двигатель, колеса, проволоки и т. д. — все это трется об воздух, и на это также расходуется часть работы двигателя. Чем больше разных частей (проволок и т. д.) находится снаружи, тем большая сила требуется, чтобы тянуть их вперед, тем больше тяги требуется для их движения. Вся работа, необходимая для их движения, также должна быть доставлена винтом. Значит, воздушный винт должен тянуть всю машину вперед с такой силой, какая получилась бы от сложения силы, потребной для движения крыльев, и силы, необходимой для движения всех остальных частей — проволок, колес, мотора, людей, если они сидят снаружи, и т. д. В действительности и этого было бы мало. Этой тяги было бы достаточно, чтобы лететь прямо. Чтобы подниматься на высоту, необходимо иметь больше. Чтобы бороться с ветром и воздушными волнами, тоже надо иметь больше силы. Наконец, нельзя заставлять мотор давать всегда самую большую силу, какую он только может дать. Гораздо лучше, если можно при спокойных условиях летать, расходуя лишь часть силы двигателя и лишь в случаях нужды пускать его на полный ход. Как было указано выше, можно легко сосчитать, сколько фунтов подъемной силы приходится на каждый квадратный аршин крыльев и сколько фунтов тяги требуется, чтобы двигать его вперед. Нетрудно рассчитать также, с какою силою надобно тянуть весь аппарат без крыльев, чтобы он двигался с необходимой скоростью. Наконец, зная, что мотор мощностью в 100 лош. сил с винтом тянет с силою 15 пудов[ 34 ], можно рассчитать, что на каждую лошадиную силу двигателя получается тяга в 6 фунтов. Зная это все, можно легко выяснить, что в определенном аэроплане, например, расходуется 25 лош. сил на крылья или, как говорят, на поддержание в воздухе, 25 лош. сил на трение проволок, колес и т. д., а 50 сил остается в запасе. Этот запас называется избытком мощности.