Работы по воздухоплаванию и экспериментальной аэродинамике

3. Работы по воздухоплаванию и экспериментальной аэродинамике.

Результатом исследовательской работы Циолковского было объемистое сочинение «Теория и опыт аэростата». В этом сочинении давалось научно-техническое обоснование создания конструкции дирижабля с металлической оболочкой. Циолковским были разработаны чертежи общих видов дирижабля и некоторых важных узлов конструкции.

Дирижабль Циолковского имел следующие характерные особенности. Во – первых, это был дирижабль переменного объема, что позволяло сохранять постоянную подъемную силу при различных температурах окружающего воздуха и различных высотах полета. Возможность изменения объема конструктивно достигалась при помощи особой стягивающей системы и гофрированных боковин (рис. 1)

 Во – вторых, газ, наполняющий дирижабль, можно было подогревать путем пропускания по змеевикам отработанных газов моторов. Третья особенность конструкции состояла в том, что тонкая металлическая оболочка для увеличения прочности и устойчивости была гофрированной, причем волны гофра располагались перпендикулярно оси дирижабля. Выбор геометрической формы дирижабля и расчет прочности его тонкой оболочки были решены Циолковским впервые.

Этот проект Дирижабля Циолковского не получил при­знания. Официальная организация царской России по проблемам воздухоплавания — VII воздухоплавательный отдел Русского технического общества — нашла, что проект цельнометаллического дирижабля, способного из­менять свой объем, не может иметь большого практиче­ского значения и дирижабли «вечно будут игрушкой ветров». Поэтому автору было отказано даже в субсидии на постройку модели. Обращения Циолковского в Генераль­ный штаб армии также не имели успеха. Печатный труд (1892 г.) Циолковского «Аэростат металлический управ­ляемый» получил несколько сочувственных отзы­вов, и этим дело ограничилось.

Циолковскому принадлежит прогрессивная идея пост­ройки цельнометаллического аэроплана.

В статье 1894 года «Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная машина», опубликованной в журнале «Наука и жизнь»8, дано описание, расчеты и чертежи моноплана со свободнонесущим, безрасчалочным крылом. В противоположность зарубежным изобретате­лям и конструкторам, разрабатывавшим в те годы аппа­раты с машущими крыльями, Циолковский указывал, что «подражание птице в техническом отношении весьма за­труднительно вследствие сложности движения крыльев и хвоста, а также вследствие сложности устройства этих органов».

Аэроплан Циолковского (рис. 2) имеет форму «за­стывшей парящей птицы, но вместо головы ее вообразим два гребных винта, вращающихся в обратные стороны... Мускулы животного мы заменим взрывными нейтраль­ными двигателями. Они не требуют большого запаса топлива (бензина) и не нуждаются в тяжелых паровиках и больших запасах воды. ...Вместо хвоста устроим двойной руль — из вертикальной и горизонтальной плоскости. ...Двойной руль, двойной винт и неподвижность крыльев придуманы нами не ради выгоды и экономии работы, а единственно ради исполнимости конструкции».

В цельнометаллическом аэроплане Циолковского крылья уже имеют толстый профиль, а фюзеляж — обте­каемую форму. Весьма интересно, что Циолковский впер­вые в истории развития самолетостроения особенно под­черкивает необходимость улучшения обтекаемости аэро­плана для получения больших скоростей. Конструктивные очертания аэроплана Циолковского были несравненно более совершенными, нежели более поздние конструкции братьев Райт, Сантос-Дюмона, Вуазена и других изобре­тателей. Для оправдания своих расчетов Циолковский пи­сал: «При получении этих чисел я принял самые благо­приятные, идеальные условия сопротивления корпуса и крыльев; в моем аэроплане нет выдающихся частей, кроме крыльев; все закрыто общей плавной оболочкой, даже пассажиры».

Циолковский хорошо предвидит значение бензиновых (или нефтяных) двигателей внутреннего сгорания. Вот его слова, показывающие полное понимание устремлений технического прогресса: «Однако у меня есть теоретиче­ские основания верить в возможность построения чрез­вычайно легких и в то же время сильных бензиновых или нефтяных двигателей, вполне удовлетворяющих задаче летания». Константин Эдуардович предсказывал, что со временем маленький аэроплан будет успешно конкурировать с автомобилем.

Разработка цельнометаллического свободнонесущего моноплана с толстым изогнутым крылом есть крупнейшая заслуга Циолковского перед авиацией. Он первый иссле­довал эту наиболее распространенную в наши дни схему аэроплана. Но идея Циолковского о постройке пассажир­ского аэроплана также не получила признания в царской России. На дальнейшие изыскания по аэроплану не было ни средств, ни даже моральной поддержки.

Об этом периоде своей жизни ученый писал с горечью: «При своих опытах я сделал много-много новых выводов, но новые выводы встречаются учеными недоверчиво. Эти выводы могут подтвердиться повторением моих трудов каким-нибудь экспериментом, но когда же это будет? Тяжело работать в одиночку многие годы при неблаго­приятных условиях и не видеть ниоткуда ни просвета, ни поддержки».

Над разработкой своих идей о создании цельнометаллического дирижабля и хорошо обтекаемого моноплана ученый работал почти все время с 1885 по 1898 год. Эти научно-технические изобретения натолкнули Циолков­ского на ряд важнейших открытий. В области дирижабле­строения он выдвинул ряд совершенно новых положений. В сущности говоря, он был зачинателем теории металли­ческих управляемых аэростатов. Его техническая интуиция значительно опередила уровень промышленного раз­вития 90-х годов прошлого столетия.

Его техническая интуиция значительно опередила уровень промышленного раз­вития 90-х годов прошлого столетия. Целесообразность своих предложений он обосновал подробными вычислениями и схемами. Осуществление цельнометаллического воздушного корабля, как всякая большая и новая техническая проблема, затрагивало ши­рокий комплекс совершенно не разработанных в науке и технике задач. Решить их одному человеку было, конечно, невозможно. Ведь здесь были и вопросы аэродинамики, и вопросы устойчивости гофрированных оболочек, и задачи прочности, газонепроницаемости, и задачи герметической пайки металлических листов и т. д. Сейчас приходится изумляться, как далеко удалось продвинуть Циолков­скому, кроме общей идеи, отдельные технические и науч­ные вопросы.

Константин Эдуардович разработал метод так назы­ваемых гидростатических испытаний дирижаблей. Для определения прочности тонких оболочек, какими являются оболочки цельнометаллических дирижаблей, он рекомен­довал наполнять их опытные модели водой. Этот метод применяется сейчас во всем мире для проверки прочно­сти и устойчивости тонкостенных сосудов и оболочек. Ци­олковский также создал прибор, позволяющий точно, гра­фически определить форму сечения оболочки дирижабля при заданном сверхдавлении. Однако невероятно тяже­лые условия жизни и работы, отсутствие коллектива уче­ников и последователей заставили ученого во многих слу­чаях ограничиться, в сущности, только формулировкой проблем.

Работы Константина Эдуардовича по теоретической и экспериментальной аэродинамике, несомненно, обуслов­лены необходимостью дать аэродинамический расчет лет­ных характеристик дирижабля и аэроплана.

Циолковский был настоящим ученым-естествоиспыта­телем. Наблюдения, мечты, вычисления и размышления соединялись у него с постановкой опытов и моделиро­ванием.

В 1890—1891 годах он пишет работу «К вопросу о ле­тании посредством крыльев. Выдержка из этой руко­писи, опубликованная при содействии знаменитого физика профессора Московского университета А. Г. Столетова в трудах Общества любителей естествознания в 1891 году, явилась первой напечатанной работой Циолковского. Он был полон идей, весьма деятелен и энергичен, хотя внешне казался спокойным и уравновешенным. Выше среднего роста, с длинными черными волосами и черными немного печальными глазами, он был неловок и застенчив в обществе. У него было не много друзей. В Боровске Константин Эдуардович близко сошелся с коллегой по школе Е. С. Еремеевым, в Калуге ему много помогали В. И. Ассонов, П. П. Каннинг и С. В. Щербаков. Однако при защите своих идей он был решителен и настойчив, мало считаясь с пересудами коллег и обывателей.

Зима. Изумленные боровские жители видят, как на коньках по замерзшей реке мчится учитель уездного учи­лища Циолковский. Он воспользовался сильным ветром и, распустив зонт, катится со скоростью курьерского по­езда, влекомый силой ветра. «Всегда я что-нибудь зате­вал. Вздумал я сделать сани с колесом так, чтобы все сидели и качали рычаги. Сани должны были мчаться по льду... Потом я заменил это сооружение особым парус­ным креслом. По реке ездили крестьяне. Лошади пуга­лись мчащегося паруса, проезжие ругались. Но, по глухоте, я долго об этом не догадывался. Потом уже, завидя лошадь, заранее поспешно снимал парус».

Почти все сослуживцы по школе и представители мест­ной интеллигенции считали Циолковского неисправимым фантазером и утопистом. Более злые люди называли его диле­тантом и кустарем. Идеи Циолковского казались обыва­телям невероятными. «Он думает, что железный шар под­нимется в воздух и полетит. Вот чудак!» Ученый всегда был занят, всегда трудился. Если не чи­тал и не писал, то работал на токарном станке, паял, строгал, мастерил для своих учеников много действующих моделей. «Сделал огромный воздушный шар... из бумаги. Спирта достать не смог. Поэтому внизу шара приспосо­бил сетку из тонкой проволоки, на которую клал не­сколько горящих лучинок. Шар, имевший иногда причуд­ливую форму, поднимался вверх, насколько позволяла привязанная к нему нитка. Однажды нитка перегорела, и шар мой умчался в город, роняя искры и горящую лу­чину! Попал на крышу сапожнику. Сапожник зааресто­вал шар».

Обыватели смотрели на все опыты Циолковского, как на курьезы и баловство, многие, не размышляя, считали его чудаком и «немножко тронутым». Нужны были изу­мительная энергия и настойчивость, величайшая вера в пути прогресса техники, чтобы в таком окружении и в тяжелых, почти нищенских условиях ежедневно работать, изобретать, вычислять, двигаясь все вперед и вперед.