Проcтое учение о воздушном корабле и его построении, издание 2-е (Циолковский)/Двигатели воздушного корабля
| Опубл.: 1904. Источник: К. Циолковский. Простое учение о воздушном корабле и его построении. К. Циолковского. 2-е издание, исправленное и дополненное, с краткой историей трудов автора. — Калуга: Типо-Литогр. Губернского Правления., 1904. |
Двигатели воздушного корабля править
32. Во всяком случае, для управления воздушным кораблем в вертикальной и горизонтальной плоскости требуются весьма сильные двигатели, хотя бы для того, чтобы одолевать быстрые течения атмосферы.
Хорошо, если избранные нами двигатели будут не только энергичны, но и еще дешевы, прочны и надежны.
От электрических двигателей, при настоящем их состоянии, мы должны отказаться. В самом деле, вот факт: последний электрический двигатель, предназначенный для лодок, имел батареи, весившие более 450 килограммов на одну паровую силу. Максим, изобретатель большого аэроплана, находит, что пока трудно даже мечтать чтобы вес электрического двигателя был меньше 68 килограммов на лошадиную силу; притом запаса работы хватит лишь на два часа. (Заимствую эти данные из книжки: «Воздухоплавание», редакция М. М. Поморцева 1897 г.).
Однако Ренар и Кребс в 1884 г. достигли и с электрическими двигателями для своего небольшого (8 м высоты) управляемого аэростата самостоятельной скорости в 20 килом. в час. Какой же скорости можно достигнуть с большим металлическим аэростатом при несравненно большей энергии теперешних двигателей!
33. Кроме электрических есть еще огневые двигатели, т. е. газовые, нефтяные, паровые и т. д., но употребление их при сгораемых оболочках весьма рискованно, что доказал недавно погибший Вельферт, употребивший бензиновый двигатель для своего управляемого аэростата из мягкой органической оболочки. Вероятно, восходящий поток горячих газов, выбрасываемых из машины, достиг струйки утекающего из оболочки газа. Этого было достаточно, чтобы воспламенить легкий газ, а затем, конечно и оболочку.
Почтем здесь кстати память людей энергичных, жертвовавших ради достижения истины и общего блага, не только положением своим и состоянием, но даже и жизнью. Подобные, хотя бы и крайне неудачные опыты, никак нельзя считать бесплодными, напротив они велики (упомяну тут же и о Шварце), потому что служат основанием для дальнейшего движения вперед по кремнистому пути истины. Блажен тот, кто послужит ей!
Что огонь при обыкновенных аэростатах есть вещь опасная — это доказывает еще погибель множества первых воздухоплавателей, поднимавшихся не посредством легкого газа, а через подогревание воздуха, наполнявшего их аэростаты. Тут еще опасность меньше, потому что воспламениться может лишь одна оболочка, водород же не принимает участия в пожаре. Я сам был свидетелем загоревшегося на высоте десятка сажен монгольфьера. Воздухоплаватель спасся, только благодаря расположенному ниже шара парашюту. Но мог загореться легко и последний…
Заодно уж заметим, что крайне рискованно применение огневых двигателей к аэропланам, имеющим огромные легко воспламеняемые крылья. Электрический же двигатель, по своей слабости, для них совершенно негоден.
34. Подтвердим сказанное, что огневые двигатели несравненно энергичнее всех других — это видно уже из того, что на все последние управляемые аэростаты, не смотря на громадную опасность употребления огня, — ставят бензиновые двигатели. Таковы аэростаты Сантос-Дюмона и Лебоди.
А если так, то эти двигатели обязывают нас к употреблению металлического материала. Обычные паровые двигатели, локомотивные и корабельные, весят около 100 килограммов на 1 метрическую силу. Однако паровой двигатель Гирама Максима, прилаженный им к его аэроплану (не летавшему, впрочем, более 10 секунд, да и то в рамке между рельсами, ибо полет на аэропланах, даже в теории, не только труден, но и весьма опасен), был в 20—50 раз легче, т. е. весил от 2 до 5 килограммов на метрическую лошадиную силу. Значит энергия паровых двигателей Максима была раз в 90—225 больше, чем электрических.
35. Двигатели системы Серполе могут быть еще легче. Кроме того, они совершенно гарантированы от взрыва, потому что их паровик состоит из толстостенной стальной трубки с таким узким каналом, что взрыв помещающейся в ней воды не может произвести сколько-нибудь серьезных последствий. Притом он невозможен по толщине стенок.
Сила паровых двигателей тюрбинной системы на пароходе «Тюрбиния» (1897 г.) составляла 2.100 лошадин. сил. Вес же их с паровым котлом и всеми приспособлениями был равен 22,000 килограммам. Так что на лошадиную силу приходился вес близкий к 10 килограммам.
36. Нефтяной двигатель Пеннингтона был в 14 раз сильнее обыкновенных локомотивных двигателей, т. е. на метрическую силу приходился вес в 7 килограммов. Такой же энергии был и паровой двигатель Ланглея, приготовленный им для движения его модели аэроплана. Вес ее был 10 килогр.; она летала весьма успешно в течении 10 минут.
Профессор Жуковский («Воздухоплаватель», 1904 г., № 2) говорит, что мы имеем теперь моторы в 5—6 килограммов веса на 1 метрическую лошадиную силу, но вес этот, прибавляет он, вероятно, скоро еще понизится. Без сомнения он говорит о бензиновых автомобильных двигателях.
37. Мы видим, что все эти двигатели несравненно сильнее (при том же весе, разумеется) электрических, но применение огневых двигателей возможно только при условии употреблять для воздушных кораблей несгораемые оболочки. Итак, вот еще преимущество металлического материала при теперешнем состоянии двигателей.
38. Самые энергичные в настоящее время двигатели — паровые. Недостаток же их тот, что для них необходим большой запас воды для парообразования. Воздушные же холодильники ни на аэростатах с мягкой оболочкой, ни на аэропланах пристраивать неловко, без большого увеличения веса летательного снаряда. Но совсем другое дело металлический аэростат. Там сгущение пара производить в высшей степени легко. Для этого может служить вся оболочка корабля. Нет надобности ради сгущения пропускать пар внутрь оболочки, — вполне достаточно пропускать его в каналы железных обручей (см. черт. 1, 2 и 3; CC) Эти обручи составляют одно целое с оболочкой и отлично охлаждаются ею через свою прекрасную теплопроводность.
39. При паровых двигателях, с таким воздушным холодильником, нам понадобится только небольшой запас вода и топлива. Наиболее дешевым и легким топливом может служить нефть. На каждую метрическую силу требуется запас нефти от ½ до 1 килограмма на час пути. Значит, аэростат может взять запас топлива на тысячеверстный путь.
Можно сжигать и легкий газ, но тогда для сохранения подъемной силы придется непрерывно повышать его температуру внутри оболочки. Еще лучше прямо употреблять водород (из аэростата) в газомоторах, тогда бы можно совсем обойтись без запаса топлива, сожженный же газ должен быть замещен при первом удобном случае, чтобы не доводить температуру оболочки до невозможной величины.
Также и нефть выгоднее непосредственно сжигать во взрывчатых двигателях.
40. Если пар сгущать в трубчатых обручах металлической оболочки, то температура легкого внутреннего газа будет выше температуры окружающего воздуха.
Но полезно ли это для воздушного корабля? Полезно, потому что поддерживает оболочку всегда сухою и тем мешает металлу ржаветь; полезно, потому что высушивает и расширяет газ, делая его более легким и увеличивая тем его подъемную силу.
41. Наконец, возвышенная температура оболочки, если это повышение достаточно велико, заставляет таять падающий на него снег, который в умеренных и холодных странах, без этого мог бы весьма затруднить воздухоплавание, побуждая аэростат падать и образуя иногда от солнечного нагревания ледяную кору. Эта последняя, при изгибах оболочки, может служить причиною порчи ее, что особенно верно относительно аэростатов из органического материала. Не оттого ли погиб и шар Андре!?
Мы даже скажем, что чем выше температура оболочки, тем лучше (если, конечно, она не превышает 100 град.).
42. Огневые двигатели, как мы видели, могут быть полезны еще и в другом отношении: регулируя внутреннюю температуру аэростата и поддерживая тем его на одной высоте, несмотря на неблагоприятные метеорологические влияния. В самом деле, сгущая пар в обручах оболочки и пользуясь одною и тою же водою чрезвычайно долго, — продукты горения, т. е. горячие газы, нагревающие паровик, мы можем пропускать в том или другом количестве внутрь оболочки, по особой трубе (черт. 1 и 2, TN) и тем, по желанию, изменять температуру подъемного газа между известными пределами.
43. То же мы, впрочем, можем делать и посредством пара, выбрасывая горячие газы наружу и нисколько ими не пользуясь для нагревания водорода. Действительно, если мы будем пар сгущать на поверхности оболочки, то температура газа будет значительно ниже, чем когда мы будем сгущать пар во внутренних трубах (черт. 1 и 2, TN); потому что в первом случае тепло пара распределяется между легким газом и наружным воздухом, тогда как во втором — оно целиком передается внутреннему пространству оболочки.
44. Так или иначе, но температуру подъемного газа можно менять по надобности. Желая достигнуть, при паровых двигателях, наивысшей температуры, должны принять способ изменения ее посредством продуктов горения.
На черт. 1 и 2 изображен регулятор температуры RT; это резервуар, куда стекаются горячие газы, — с заслонкой, открывающей им доступ в черную трубу (TN) или в другую, короткую трубу, через которую они выбрасываются непосредственно в атмосферу.
Понятно как пользоваться регулятором. Обыкновенно заслонка находится в таком положении, что оба отверстия открыты на половину, так что половина продуктов горения выбрасывается наружу, а половина идет для нагревания водорода и оболочки.
Если, наприм., солнце заходит за тучи и аэростат начинает охлаждаться и падать, то расширяя заслонкой отверстие, ведущее во внутреннюю трубу, мы тем повысим температуру легкого газа и остановим охлаждение аэростата и его падение. Если, наоборот, солнце сильнее нагревает оболочку, — мы суживаем отверстие, ведущее в длинную трубу и расширяем другое, ведущее в короткую. Через это температура понижается, и аэростат перестает стремиться к верху.
45. Конечно, заслонка может служить могущественным средством для вертикальных передвижений аэростата, а также для весьма значительного изменения его подъемной силы.
Важное значение регулятора температуры состоит еще в том, что, соблюдая равновесие или сохраняя подъемную силу воздушного корабля равной его весу, мы тем самым сохраняем неизменным и занимаемый им объем в воздухе (предполагая его неизменную плотность). Стало быть, при условии вертикального равновесия, объем оболочки от метеорологических влияний не будет колебаться, т. е. и самая оболочка не должна изгибаться. Такое обстоятельство полезно для ее целости.
46. Из всего предыдущего вывод; аэростат должен иметь продолговатую и плавную в горизонтальном направлении форму; наиболее выгодный материал для воздушного корабля металлический, ничего невозможного в этой идее нет: металлический аэростат позволит нам употребить и наиболее выгодные и энергичные двигатели — паровые или взрывчатые; эти в свою очередь, через подогревание поднимающего корабль газа, дадут наилучший способ борьбы с метеорологическими влияниями, нарушающими равновесие аэростата в отвесном направлении; управление температурой может служить также для поднятия и опускания корабля и для изменения его подъемной силы, по надобности.