Техника

Техника

наука

Воздухоплавание и авиация


ПОЛЕТ ПРИ ПОМОШИ ПЕЧНОЙ ТРУБЫ

В 1783 г. оторвался от поверхности Земли и взмыл вверх огромный шар, наполненный горячим воздухом. В его корзине находились первые «воздухоплаватели» нашей планеты. Люди, построившие аппарат, способный парить в воздухе, не решились отправиться на нем в первый полет — это за них сделали животные — петух, утка и баран. Тем не менее именно это событие стало началом новой эры, наступившей на Земле — эры воздухоплавания.

История полетов с помощью аппаратов, наполненных горячим воздухом, не менее богата событиями и фактами, чем «крылатая». Начинается она все в том же Перу, где были найдены свидетельства первых полетов на аппаратах, построенных наподобие птиц. Только на этот раз перуанские индейцы поднимались в воздух, используя предмет, необычный по форме и принципу действия.

Во время археологической экспедиции ученые обратили внимание на рисунок, обнаруженный на стене одной из перуанских гробниц. На нем был изображен аппарат в виде гигантской четырехгранной пирамиды, похожей на те, которые возводили древние египтяне в честь своих фараонов.

Пирамида (от греческого слова «руrаmidos»)— многогранник, основание которого многоугольник, а остальные грани — треугольники, имеющие общую вершину. По числу углов основания различают пирамиды треугольные, четырехугольные и т.д.

Но самое удивительное в этом рисунке было то, что эта гигантская пирамида парила в воздухе. Более того, внизу к ней была привязана корзина — гондола, в которой находились люди.

Гондола — в воздухоплавании — кабина воздушного шара, аэростата. В авиации — элемент конструкции самолета, вертолета, имеющий обтекаемую форму, для размещения двигателя, шасси или других устройств.

Но что это? Результат буйной фантазии древнего художника или изображение реального полета? Большинство участников археологической экспедиции склонилось к тому, что рисунок не более чем символ и не может служить свидетельством того, что еще на заре нашей эры человек владел искусством построения действующих летательных аппаратов и полетов на них.

Однако среди участников экспедиции были и те, кто в этом сомневался. Именно по их просьбе был проведен следующий эксперимент. Вначале рисунок тщательно измерили и рассчитали примерные размеры изображенного на нем летательного аппарата. После этого построили каркас пирамиды и гондолу, применяя материалы, которые обычно использовали перуанские индейцы для строительства. После того как аппарат обтянули материалом, получилось огромное сооружение, имеющее почти 10 м в высоту и до 30 м у основания.

Современный шар-монгольфьер.

 

Старт современных шаров-монгольеров.

По неподтвержденным данным еше в 1 709 г. король Португалии встречался с неким Бартоломеу ди Гусманом. Он поразил королевский двор тем, что совершил полет на воздушном шаре, наполненном теплым воздухом. Если этот полет действительно состоялся, то Гусман более чем на 70 лет опередил братьев Монгольфье.

Под пирамидой развели костер и в сплетенную из тростника гондолу поднялось несколько отважных участников экспедиции. Через некоторое время случилось то, чего так ожидали экспериментаторы — пирамида поднялась в небо и потянула за собой гондолу с людьми. Опыт удался! Доказательство того, что на обнаруженном рисунке запечатлены реальные события, было получено.

Правда, скептики указывали на то, что полет длился всего несколько минут и чуть не закончился катастрофой, когда аппарат вдруг резко пошел на снижение.

Искусство полетов на летательных аппаратах, наполненных горячим дымом, было известно и в Древней Руси. Об этом свидетельствуют многочисленные записи, датированные различными годами, которые можно обнаружить в архивах.

Так, например, в 1731 г. в Рязани состоялся один из первых полетов в небо, который вполне соответствовал всем правилам воздухоплавания. Вот как очевидцы описывают это событие: «...подьячий Нерехтец Фурвим сделал мяч большой, надул его дымом поганым и вонючим, от него сделал петлю, сел в нее...». Можно было бы поставить под сомнение подлинность происходящих событий, описанных в данном документе, но останавливает то, что процесс подготовки к полету описан очень точно и полностью соответствует мероприятиям по подготовке к полету современного шара-монгольфьера.

Дальше полет проходил по сценарию, описанному в документе следующим образом: «...нечистая сила подняла его выше березы и после больно ударила о колокольню, но он зацепился за веревку и остался тако жив».

Нет оснований не доверять этому и другим подобным фактам, зафиксированным в истории, но тем не менее началом эры воздухоплавания историки всего мира считают год первого полета воздушного шара братьев Монгольфье.

К сожалению, информация о летающих пирамидах и шарах стала известна людям слишком поздно — энтузиастам воздухоплавания пришлось еще раз изобретать то, что уже существовало ранее. Одними из немногих, кто в конце XVIII в. пошел по этому пути, были французы братья Монгольфье.

Удивительно, но факт: успех к первым покорителям Пятого океана пришел только тогда, когда они решительно отказались от главного атрибута любого самолета — крыла. Ведь все известные попытки, предпринятые вплоть до XIX в., подняться в воздух, взмахивая крыльями подобно птице, заканчивались если не катастрофой, то, по крайней мере, синяками и ссадинами для отважного изобретателя. Решение подсказала вещь всем привычная и очень знакомая — печная труба. Ведь наверняка каждому из нас приходилось наблюдать, как во время топки печи из трубы вырывается струйка дыма и устремляется в небо. А если такого дыма будет достаточно много, то он, скорее всего, сможет поднять и какой-нибудь полезный груз, рассуждали братья Монгольфье. Дело оставалось за малым — «поймать» необходимое количество дыма в резервуар, изготовленный из легкого материала, и прицепить к нему гондолу с грузом.

Несмотря на то, что по образованию Жозеф был физиком, а Этьен — архитектором, то есть людьми далекими от воздухоплавания, братья ухватились за возможность подняться в небо. Возможно, именно потому, что выросли они в семье производителя бумаги, их первые летательные аппараты были изготовлены из нее.

Первый воздушный шар, изготовленный братьями Монгольфье.

Первый полет людей на воздушном шаре — Пилатра де Розье и А. А'Арланда едва не закончился трагедией. От костра, на котором подогревали воздух в шаре, начала тлеть корзина, и пилотам едва удалось погасить ее во время полета.

4 июня 1783 г. в городе Анноне (Франция) братья Монгольфье запустили в воздух 11-метровый летательный аппарат в форме вертикального цилиндра, изготовленный из льняного полотна и бумаги, который поднялся на высоту 1830 м. Первыми пассажирами изготовленного ими воздушного шара стали животные: утка, баран и петух — символ Франции. Исторический полет закончился благополучно — здоровью животных он не повредил. Казалось бы, все готово для очередного полета, на этот раз с человеком на борту. Однако вскоре в прессе разразился скандал — у петуха, побывавшего в полете, оказалось сломанным крыло. «Кости животного полет не выдерживают, а человек его не перенесет тем более», — таков был приговор общественности. Правда, в результате проведенных следственных экспериментов было установлено, что виной перелома стал не сам полет, а баран, который прижал петуха к стенке корзины, но скандал сделал свое дело — смельчаков, готовых подняться в воздух на «адской машине», не нашлось. Король Франции Людовик XVI даже разрешил полет над Парижем с приговоренными к смертной казни заключенными в качестве пассажиров. За это им гарантировалось помилование, но и это не помогло.

И все-таки во Франции нашлись смельчаки, готовые испытать изобретение братьев. Одним из них стал барон Пилатр де Розье, который предложил свою кандидатуру для первого полета монгольфьера с человеком на борту. Вскоре к нему присоединился маркиз А. Д'Арланд, и 21 октября 1783 г. эти два отважных аристократа совершили первый в истории управляемый полет на воздушном шаре. Пролетев по воздуху 25 мин и преодолев при этом расстояние в 9 км, они не совсем мягко приземлились в окрестностях Парижа.

На дальнейшее развитие воздухоплавания в значительной степени повлияло изобретение, сделанное английским естествоиспытателем Генри Кавендишем, имевшим немало открытий в области химии. В 1766 г. ему удалось разработать процесс, в результате которого он научился из воды выделять газ — водород, а затем изучил его основные свойства. Годом позже шотландский профессор Джозеф Блэк написал, что заполненные водородом емкости (он имел в виду бычьи пузыри) должны плавать в воздухе. В 1781 г. Тибериус Кавалло, итальянец, живший в Англии, с удивлением наблюдал, как мыльные пузыри с водородом лихо взмывали к потолку лаборатории.

агрегатное состояние вещества, в котором оно равномерно заполняет весь предоставленный ему объем.

Водород — бесцветный газ, без вкуса и запаха, по виду не отличающийся от воздуха. Впервые замечен он был немецким врачом и естествоиспытателем Парацельсом в первой половине XVI в., немало сделавшим и в области химии. Более подробно изучил это вещество Г. Кавендиш в XIX в. Это самый легкий газ — один литр водорода весит всего 0,089538 г, то есть почти в 3,5 раз легче воздуха.

Следующий шаг по применению водорода в воздухоплавании сделал профессор Жак Шарль. Практичный француз применил сведения об удивительных свойствах открытого газа на практике, и уже в 1783 г. водородом стали заполнять большие оболочки. Под его руководством парижане братья Робер 1 декабря поднялись в воздух на водородном шаре из шелка, покрытого сырой резиной — каучуком. Шары, построенные по такому принципу, получили возможность держаться в воздухе по нескольку часов и при этом преодолевали расстояния в десятки и даже сотни километров. Это происходило потому, что водород, по сравнению с теплым воздухом, обеспечивал большую подъемную силу.

Для того чтобы шар был более послушным в полете Ж. Шарль применил в его конструкции несколько нововведений. Чтобы снизить высоту полета профессор применил специальный выпускной клапан, снижающий количество водорода в шаре, а для того чтобы набрать высоту, пассажиры избавлялись от захваченного перед полетом балласта — мешков с песком или дробью. Во время посадки экипаж выбрасывал из гондолы якорь, подобно тому, как это делают моряки, и тем самым останавливал полет. Таким образом, профессор Жак Шарль предусмотрел в конструкции своего летательного аппарата практически все приспособления, которые используются воздухоплавателями до настоящего времени. Балласт — в воздухоплавании — груз для регулирования подъемной способности воздухоплавательного аппарата, например, воздушного шара.

Могло показаться, что шары-монгольфьеры в одночасье могут быть вытеснены с неба более удачливыми аппаратами, получившими в честь их изобретателя название «шарльеры». Но этого не произошло. А все из-за того, что полеты на шарльере были делом весьма опасным. Водород, как известно, газ горючий и, смешиваясь с воздухом, создает такую взрывоопасную смесь, что достаточно малейшей искры, чтобы превратить шарльер в облако огня. Именно при взрыве такого шара впоследствии погиб первый воздухоплаватель — барон Пилатр де Розье.

Воздушный шар — шарльер.

 

Воздушный шар с тепловым управлением — розьер.

Большинство воздухоплавателей останавливало свой выбор на монгольфьере. «Лучше проиграть в летных характеристиках, но снизить риск и без того опасного полета», — рассуждали они. Впрочем, конструкция шара-монгольфьера вскоре значительно изменилась. Огромный вклад в дело усовершенствования «тепловых» шаров внес знаменитый на весь Париж художник и изобретатель Феликс Турнашон. Изготовленный им 30-метровый воздушный шар, получивший название «Le Geant», должен был поднять в воздух гондолу с 12 пассажирами. Для управления высотой полета изобретатель добавил в конструкцию шара-монгольфьера газовую горелку. Нагревая с ее помощью воздух, находящийся внутри шара, продолжительность полета молено было значительно увеличить. А периодическое включение и выключение горелки позволяло длительное время удерживать постоянную высоту полета.

Новая конструкция шара, оснащенная тепловым управлением, получила название «розьер», в честь уже известного нам первого воздухоплавателя — барона Пилатра де Розье.

Первые удачные полеты парижан всколыхнули всю Францию. Для человечества открылись необозримые возможности, появился новый вид транспорта... Пока общественность торжествовала и строила проекты, военные уже нашли новому изобретению применение. Каким образом?

Уже в 1794 г. во Франции были сформированы два отряда военных воздухоплавателей службы наблюдения под общим начальством Ж. Куттеля. Известно, что во время сражения под Мобежем у Шарлеруа, а также в течение 9 часов военных действий под Флери (26 июня 1794 г.) французская армия поднимала несколько прикрепленных веревками к земле воздушных шаров с двумя офицерами-наблюдателями в каждом. Шары производили на врагов ошеломляющее действие, и во многих случаях те впадали в панику, разбегались или сдавались.

Более правильно воздушные шары было бы называть аэростатами, так как не все из них имели шаровую форму.

Гондола шара-розьера с установленным в ней оборудованием для газовой горелки. (Вид сверху.)

География полетов на аппаратах легче воздуха не ограничивалась только Францией. Воодушевленные успехами французов энтузиасты всего мира приступили к постройке воздушных шаров. Вскоре они появились в Германии, Испании и Англии. В России развитие воздухоплавания неотрывно связано с именем великого ученого, сделавшего ряд открытий в области химии и давшего миру периодическую таблицу химических элементов — Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834—1907).

Вот лишь несколько фактов из биографии этого знаменитого ученого, связанных с воздушными полетами. В 1875 г. Д.И. Менделеев составил предложение правительству России провести опыт со свободно летающими воздушными шарами. К своей просьбе ученый добавил эскиз управляемого аэростата, а листки аккуратно вклеил в работу французского ученого Дюпюи де Лома о воздухоплавании. В этом же году на заседании Российского химического общества Д.И. Менделеев выступил с сообщением о применимости закона Дальтона к исследованиям верхних слоев атмосферы.

Работы ученого в области покорения Пятого океана планеты не остались незамеченными. В 1877 г. Д.И. Менделеев получил приглашение генерала Э. Тотлебена на совещание для обсуждения предложений А.Ф. Можайского о создании «воздухоплавательного снаряда». Воодушевленный успехом, ученый направляет средства от продажи своей книги «Материалы для суждения о спиритизме» на «устройство большого аэростата и вообще на изучение метеорологических явлений верхних слоев атмосферы».

Уже в 1878 г. в письме морскому инженеру В.П. Верховскому Дмитрий Иванович высказывает мысль о двух направлениях развития воздухоплавания: с использованием аэростатов и аппаратов тяжелее воздуха — «аэродинамов». Вскоре Морским министерством он был командирован за границу для изучения воздухоплавания и сопротивления среды. На Всемирной выставке в Париже он поднимался на привязном аэростате А. Жиффара и встречался со многими французскими учеными и конструкторами.

Конструкция газовой горелки для воздушного шара с тепловым управлением.

7 июля 1907 г. был осуществлен подъем первого русского военного воздушного шара, привязанного тросом к земле. В гондоле находилось 5 воздухоплавателей. Во втором подъеме, состоявшемся в тот же день, экипаж в составе А. Лобко, М. Цepницкого и телеграфиста провел опыты по ведению из аэростата разведки, управлению артиллерийским огнем и опыты по передаче из аэростата на землю телеграфных сообщений.

Дмитрий Иванович Менлелеев (1834—1907), российский химик, разносторонний ученый, педагог. В 1869 г. открыл периодический закон химических элементов — один из основных законов естествознания.

Аэростат (от греческих слов «aer» — воздух и «statos» стоящий, неподвижный) — летательный аппарат легче воздуха. Имеет оболочку, наполненную легким газом (водородом, гелием) или теплым воздухом. Различают привязные, свободные, управляемые (дирижабли) и аэростаты для полетов в стратосферу (стратостаты).

В 1880 г. ученый выпускает книгу «О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании», в которой склоняется к мысли, что аэростат надежнее летательных машин. Он считал, что Россия для опытов удобнее других стран, поскольку занимает громадные пространства. В этом же году Д.И. Менделеев изложил в своем письме к русскому изобретателю М.Ф. Фрейденбергу способ получения раствора резины для оболочки воздушного шара и дал отзыв о проекте управляемого аэростата ученика Екатеринославской гимназии.

Самые интересные события в жизни ученого произошли в 1887 г. В ночь с 29 на 30 июля Дмитрий Иванович получил телеграмму с официальным предложением Русского технического общества наблюдать полное солнечное затмение из корзины поднявшегося в воздух аэростата.

7 августа 1887 г. уже на рассвете на пустыре около Ямской Слободы собралось много народа, чтобы посмотреть на невиданное ранее в этих местах чудо: шар покачивался на четырех канатах, привязанных к бревенчатому помосту. Препятствовать предстоящему полету мог тот факт, что накануне ночью прошел дождь. Корзина и инструменты остались сухими, но оболочка шара намокла, что уменьшило его подъемную силу и увеличило риск.

В эти минуты знаменитый российский воздухоплаватель, а впоследствии авиатор Александр Матвеевич Кованько, назначенный руководителем полета, обратился к Д.И. Менделееву с вопросом, полетит ли Дмитрий Иванович один, и услышал в ответ твердое «да». А.М. Кованько отказался от полета и в 6 ч 35 мин шар с Д.И. Менделеевым на борту под гул толпы и тревожные взгляды провожающих поднялся в воздух.

По отчету Д.И. Менделеева, шар достиг наивысшей точки около 8 ч утра, но, несмотря на уменьшение числа членов экипажа, высота была небольшой — всего 3800 м, преодолеть границу облачности не удалось, и наблюдения за солнечной короной были несколько смазаны. Примерно в 9 ч 20 мин шар благополучно опустился на землю.

Позднее Д.И. Менделеев так описывал эпизод, произошедший перед самым стартом: «...я должен, однако, объяснить, почему во мне моментально явилась решимость отправиться одному, когда оказалось, что нас двоих аэростат поднять не может... Немалую роль в моем решении играло... то соображение, что о нас, профессорах и вообще ученых, обыкновенно думают повсюду, что мы говорим, советуем, но практическим делом владеть не умеем, что и нам, как щедринским генералам, всегда нужен мужик, для того чтобы делать дело, а иначе у нас все из рук валится... Мы непременно должны уметь владеть практикой, и мне казалось, что это полезно демонстрировать так, чтобы всем стала когда-нибудь известна правда, вместо предрассудка. Здесь же для этого представлялся отличный случай». Наблюдение русским ученым полного солнечного затмения во время полета на воздушном шаре было не единственным примером использования воздухоплавания в научных целях. Первый подъем в небо на аэростате, оборудованном измерительными приборами, осуществили в 1802 г. немецкие ученые-естествоиспытатели Александр Гумбольдт и Курт Бомлан.

7 октября 1807 г. первый русский воздухоплаватель, штаб-лекарь И. Каминский, совершил полет над Москвой на воздушном шаремонгольфьере.

В ходе этого полета был произведен ряд измерений температуры окружающего воздуха и впервые сделан вывод о том, что она понижается при увеличении высоты подъема. Неоднократно в небо поднимались известные французские ученые Жан Батист Био и Жозеф Луи Гей-Люссак.

Сделанные учеными измерения убедительно свидетельствовали о том, что с увеличением высоты снижается не только температура воздуха, но и его давление. Это позволило спасти жизни многим пилотам, которые ранее, поднявшись слишком высоко, погибали при загадочных обстоятельствах. Выводы, сделанные учеными, позволили разгадать эту тайну — смерть вызывало удушье. Поскольку с увеличением высоты подъема давление воздуха снижается, так же уменьшается и количество кислорода в нем. И если на высоте 5 000 м пилоту грозило головокружение, вызванное «кислородным голоданием», то при увеличении ее до 8 000 м человек мог потерять сознание и даже умереть. В дальнейшем исследователи стали брать с собой в полет баллоны с кислородом.

Фрагмент карты полета Л. И. Менделеева (масштаб 35 верст в 1 дюйме (37,1 км в 2,54 см).

 

В начале XIX в. воздушный шар стал помощником для путешественников и ученых.




Авиация и космонавтика, вооружения, hi-tech, открытия, концепции и изобретения...

Наука, техника, изобретения © 2009-