Проcтое учение о воздушном корабле и его построении, издание 2-е (Циолковский)/Двигатели воздушного корабля/ДО
| Источникъ: К. Ціолковскій. Простое ученіе о воздушномъ кораблѣ и его построеніи. К. Ціолковскаго. 2-е изданіе, исправленное и дополненное, съ краткой исторіей трудовъ автора. — Калуга: Типо-Литогр. Губернскаго Правленія., 1904. |
Двигатели воздушнаго корабля. править
32. Во всякомъ случаѣ для управленія воздушнымъ кораблемъ въ вертикальной и горизонтальной плоскости требуются весьма сильные двигатели, хотя бы для того, чтобы одолѣвать быстрыя теченія атмосферы.
Хорошо, если избранные нами двигатели будутъ не только энергичны, но и еще дешевы, прочны и надежны.
Отъ электрическихъ двигателей, при настоящемъ ихъ состояніи, мы должны отказаться. Въ самомъ дѣлѣ, вотъ фактъ: послѣдній электрическій двигатель, предназначенный для лодокъ, имѣлъ батареи, вѣсившія болѣе 450 килограммовъ на одну паровую силу. Максимъ, изобрѣтатель большого аэроплана, находитъ, что пока трудно даже мечтать чтобы вѣсъ электрическаго двигателя былъ меньше 68 килограммовъ на лошадиную силу; притомъ запаса работы хватитъ лишь на два часа. (Заимствую эти данныя изъ книжки: «Воздухоплаваніе», редакція М. М. Поморцева 1897 г.).
Однако Ренаръ и Кребсъ въ 1884 г. достигли и съ электрическими двигателями для своего небольшого (8 м высоты) управляемаго аэростата самостоятельной скорости въ 20 килом. въ часъ. Какой-же скорости можно достигнуть съ большимъ металлическимъ аэростатомъ при несравненно большей энергіи теперешнихъ двигателей!
33. Кромѣ электрическихъ есть еще огневые двигатели, т. е. газовые, нефтяные, паровые и т. д., но употребленіе ихъ при сгораемыхъ оболочкахъ весьма рискованно, что доказалъ недавно погибшій Вельфертъ, употребившій бензиновый двигатель для своего управляемаго аэростата изъ мягкой органической оболочки. Вѣроятно, восходящій потокъ горячихъ газовъ, выбрасываемыхъ изъ машины, достигъ струйки утекающаго изъ оболочки газа. Этого было достаточно, чтобы воспламенить легкій газъ, а затѣмъ, конечно и оболочку.
Почтемъ здѣсь кстати память людей энергичныхъ, жертвовавшихъ ради достиженія истины и общаго блага, не только положеніемъ своимъ и состояніемъ, но даже и жизнью. Подобные, хотя бы и крайне неудачные опыты, никакъ нельзя считать безплодными, напротивъ они велики (упомяну тутъ же и о Шварцѣ), потому что служатъ основаніемъ для дальнѣйшаго движенія впередъ по кремнистому пути истины. Блаженъ тотъ, кто послужитъ ей!
Что огонь при обыкновенныхъ аэростатахъ есть вещь опасная — это доказываетъ еще погибель множества первыхъ воздухоплавателей, поднимавшихся не посредствомъ легкаго газа, а черезъ подогрѣваніе воздуха, наполнявшаго ихъ аэростаты. Тутъ еще опасность меньше, потому что воспламениться можетъ лишь одна оболочка, водородъ-же не принимаетъ участія въ пожарѣ. Я самъ былъ свидѣтелемъ загорѣвшагося на высотѣ десятка саженъ монгольфіера. Воздухоплаватель спасся, только благодаря расположенному ниже шара парашюту. Но могъ загорѣться легко и послѣдній…
Заодно ужъ замѣтимъ, что крайне рискованно примѣненіе огневыхъ двигателей къ аэропланамъ, имѣющимъ огромныя легко воспламеняемыя крылья. Электрическій-же двигатель, по своей слабости, для нихъ совершенно негоденъ.
34. Подтвердимъ сказанное, что огневые двигатели несравнено энергичнѣе всѣхъ другихъ — это видно уже изъ того, что на всѣ послѣдніе управляемые аэростаты, не смотря на громадную опасность употребленія огня, — ставятъ бензиновые двигатели. Таковы аэростаты Сантосъ-Дюмона и Лебоди.
А если такъ, то эти двигатели обязываютъ насъ къ употребленію металлическаго матеріала. Обычные паровые двигатели, локомотивные и корабельные, вѣсятъ около 100 килограммовъ на 1 метрическую силу. Однако паровой двигатель Гирама Максима, прилаженный имъ къ его аэроплану (нелетавшему, впрочемъ болѣе 10 секундъ, да и то въ рамкѣ между рельсами, ибо полетъ на аэропланахъ, даже въ теоріи, не только труденъ, но и весьма опасенъ), былъ въ 20—50 разъ легче, т. е. вѣсилъ отъ 2 до 5 килограммовъ на метрическую лошадиную силу. Значитъ энергія паровыхъ двигателей Максима была разъ въ 90—225 больше, чѣмъ электрическихъ.
35. Двигатели системы Серполе могутъ быть еще легче. Кромѣ того они совершенно гарантированы отъ взрыва, потому что ихъ паровикъ состоитъ изъ толстостѣнной стальной трубки съ такимъ узкимъ каналомъ, что взрывъ помѣщающейся въ ней воды не можетъ произвести сколько нибудь серьезныхъ послѣдствій. Притомъ онъ не возможенъ по толщинѣ стѣнокъ.
Сила паровыхъ двигателей тюрбинной системы на пароходѣ «Тюрбинія» (1897 г.) составляла 2.100 лошадин. силъ. Вѣсъ же ихъ съ паровымъ котломъ и всѣми приспособленіями былъ равенъ 22,000 килограммамъ. Такъ что на лошадиную силу приходился вѣсъ близкій къ 10 килограммамъ.
36. Нефтянной двигатель Пеннингтона былъ въ 14 разъ сильнѣе обыкновенныхъ локомотивныхъ двигателей, т. е. на метрическую силу приходился вѣсъ въ 7 килограммовъ. Такой же энергіи былъ и паровой двигатель Ланглея, приготовленный имъ для движенія его модели аэроплана. Вѣсъ ея былъ 10 килогр.; она летала весьма успѣшно въ теченіи 10 минутъ.
Профессоръ Жуковскій («Воздухоплаватель», 1904 г., № 2) говоритъ, что мы имѣемъ теперь моторы въ 5—6 килограммовъ вѣса на 1 метрическую лошадиную силу, но вѣсъ этотъ, прибавляетъ онъ, вѣроятно, скоро еще понизится. Безъ сомнѣнія онъ говоритъ о бензиновыхъ автомобильныхъ двигателяхъ.
37. Мы видимъ, что всѣ эти двигатели несравненно сильнѣе (при томъ-же вѣсѣ, разумѣется) электрическихъ, но примѣненіе огневыхъ двигателей возможно только при условіи употреблять для воздушныхъ кораблей несгораемыя оболочки. Итакъ, вотъ еще преимущество металлическаго матеріала при теперешнемъ состояніи двигателей.
38. Самые энергичные въ настоящее время двигатели — паровые. Недостатокъ-же ихъ тотъ, что для нихъ необходимъ большой запасъ воды для парообразованія. Воздушные-же холодильники ни на аэростатахъ съ мягкой оболочкой, ни на аэропланахъ пристраивать неловко, безъ большого увеличенія вѣса летательнаго снаряда. Но совсѣмъ другое дѣло металлическій аэростатъ. Тамъ сгущеніе пара производить въ высшей степени легко. Для этого можетъ служить вся оболочка корабля. Нѣтъ надобности ради сгущенія пропускать паръ внутрь оболочки, — вполнѣ достаточно пропускать его въ каналы желѣзныхъ обручей (см. черт. 1, 2 и 3; CC) Эти обручи составляютъ одно цѣлое съ оболочкой и отлично охлаждаются ею черезъ свою прекрасную теплопроводность.
39. При паровыхъ двигателяхъ, съ такимъ воздушнымъ холодильникомъ, намъ понадобится только небольшой запасъ вода и топлива. Наиболѣе дешовымъ и легкимъ топливомъ можетъ служить нефть. На каждую метрическую силу требуется запасъ нефти отъ ½ до 1 килограмма на часъ пути. Значитъ аэростатъ можетъ взять запасъ топлива на тысячеверстный путь.
Можно сжигать и легкій газъ, но тогда для сохраненія подъемной силы придется непрерывно повышать его температуру внутри оболочки. Еще лучше прямо употреблять водородъ (изъ аэростата) въ газомоторахъ, тогда бы можно совсѣмъ обойтись безъ запаса топлива, сожженный-же газъ долженъ быть замѣщенъ при первомъ удобномъ случаѣ, чтобы не доводить температуру оболочки до невозможной величины.
Также и нефть выгоднѣе непосредственно сжигать во взрывчитыхъ двигателяхъ.
40. Если паръ сгущать въ трубчатыхъ обручахъ металлической оболочки, то температура легкаго внутренняго газа будетъ выше температуры окружающаго воздуха.
Но полезно-ли это для воздушнаго корабля? Полезно, потому-что поддерживаетъ оболочку всегда сухою и тѣмъ мѣшаетъ металлу ржавѣть; полезно, потому что высушиваетъ и расширяетъ газъ, дѣлая его болѣе легкимъ и увеличивая тѣмъ его подъемную силу.
41. Наконецъ, возвышенная температура оболочки, если это повышеніе достаточно велико, заставляетъ таять падающій на него снѣгъ, который въ умѣренныхъ и холодныхъ странахъ, безъ этого могъ бы весьма затруднить воздухоплаваніе, побуждая аэростатъ падать и образуя иногда отъ солнечнаго нагрѣванія ледяную кору. Эта последняя, при изгибахъ оболочки, можетъ служить причиною порчи ея, что особенно вѣрно относительно аэростатовъ изъ органическаго матеріала. Не оттого-ли погибъ и шаръ Андре!?
Мы даже скажемъ, что чѣмъ выше температура оболочки, тѣмъ лучше (если, конечно, она не превышаетъ 100 град.).
42. Огневые двигатели, какъ мы видѣли, могутъ быть полезны еще и въ другомъ отношеніи: регулируя внутреннюю температуру аэростата и поддерживая тѣмъ его на одной высотѣ, несмотря на неблагопріятныя метеорологическія вліянія. Въ самомъ дѣлѣ, сгущая паръ въ обручахъ оболочки и пользуясь одною и тою-же водою чрезвычайно долго, — продукты горѣнія, т. е. горячіе газы, нагрѣвающіе паровикъ, мы можемъ пропускать въ томъ или другомъ количествѣ внутрь оболочки, по особой трубѣ (черт. 1 и 2, TN) и тѣмъ по желанію измѣнять температуру подъемнаго газа между извѣстными предѣлами.
43. То-же мы, впрочемъ, можемъ дѣлать и посредствомъ пара, выбрасывая горячіе газы наружу и нисколько ими не пользуясь для нагрѣванія водорода. Дѣйствительно, если мы будемъ паръ сгущать на поверхности оболочки, то температура газа будетъ значительно ниже, чѣмъ когда мы будемъ сгущать паръ во внутреннихъ трубахъ (черт. 1 и 2, TN); потому что въ первомъ случаѣ тепло пара распредѣляется между легкимъ газомъ и наружнымъ воздухомъ, тогда какъ во второмъ — оно цѣликомъ передается внутреннему пространству оболочки.
44. Такъ или иначе, но температуру подъемнаго газа можно мѣнять по надобности. Желая достигнуть, при паровыхъ двигателяхъ, наивысшей температуры, должны принять способъ измѣненія ея посредствомъ продуктовъ горѣнія.
На черт. 1 и 2 изображенъ регуляторъ температуры RT; это резервуаръ, куда стекаются горячіе газы, — съ заслонкой, открывающей имъ доступъ въ черную трубу (TN) или въ другую, короткую трубу, черезъ которую они выбрасываются непосредственно въ атмосферу.
Понятно какъ пользоваться регуляторомъ. Обыкновенно заслонка находится въ такомъ положеніи, что оба отверстія открыты на половину, такъ что половина продуктовъ горѣнія выбрасывается наружу, а половина идетъ для нагрѣванія водорода и оболочки.
Если, наприм., солнце заходитъ за тучи и аэростатъ начинаетъ охлаждаться и падать, то расширяя заслонкой отверстіе, ведущее во внутреннюю трубу, мы тѣмъ повысимъ температуру легкаго газа и остановимъ охлажденіе аэростата и его паденіе. Если, наоборотъ, солнце сильнѣе нагрѣваетъ оболочку, — мы суживаемъ отверстіе, ведущее въ длинную трубу и расширяемъ другое, ведущее въ короткую. Черезъ это температура понижается и аэростатъ перестаетъ стремиться къ верху.
45. Конечно, заслонка можетъ служить могущественнымъ средствомъ для вертикальныхъ передвиженій аэростата, а также для весьма значительнаго измѣненія его подъемной силы.
Важное значеніе регулятора температуры состоитъ еще въ томъ что, соблюдая равновѣсіе или сохраняя подъемную силу воздушнаго корабля равной его вѣсу, мы тѣмъ самымъ сохраняемъ неизмѣннымъ и занимаемый имъ объемъ въ воздухѣ (предполагая его неизмѣнную плотность). Стало-быть, при условіи вертикальнаго равновѣсія, объемъ оболочки отъ метеорологическихъ вліяній не будетъ колебаться, т. е. и самая оболочка не должна изгибаться. Такое обстоятельство полезно для ея цѣлости.
46. Изъ всего предыдущаго выводъ; аэростатъ долженъ имѣть продолговатую и плавную въ горизонтальномъ направленіи форму; наиболѣе выгодный матеріалъ для воздушнаго корабля металлическій, ничего невозможнаго въ этой идеѣ нѣтъ: металлическій аэростатъ позволитъ намъ употребить и наиболѣе выгодные и энергичные двигатели — паровые или взрывчатые; эти въ свою очередь, черезъ подогрѣваніе поднимающаго корабль газа, дадутъ наилучшій способъ борьбы съ метеорологическими вліяніями, нарушающими равновѣсіе аэростата въ отвѣсномъ направленіи; управленіе температурой можетъ служить также для поднятія и опусканія корабля и для измѣненія его подъемной силы по надобности.