Интересная винтажная статья, которая, думаю, заинтересует коллег.
Странное дело: авиация достигла своей зрелости, потеряв на пути ко всемогуществу простейший и, казалось бы, абсолютно надежный по принципу действия тип летательного аппарата – дирижабль. Самолеты и вертолеты, автожиры и экранопланы – эти младшие представители воздушной техники, сделавшие первые шаги в эпоху безраздельного господства машин «легче воздуха», потеснили ветерана, стали полновластными хозяевами неба. Что это – торжество принципа «лучшее – враг хорошего» или, быть может, следствие досадных случайностей, подорвавших доверие к хорошему, в общем-то, средству транспорта? Теперь, после того как чуть ли не все популярные издания мира опубликовали десятки и сотни статей, пророчащих возрождение дирижаблей, стало очевидным: «вымиранию» воздушных кораблей способствовали и объективные причины, и неумение отвести этим гигантам наиболее подходящую для них область применения.
Видимо, нет особой нужды в дискуссиях на тему: быть или не быть дирижаблям? Споры затянулись, хотя голоса скептиков явно перекрываются хором сторонников воздушных кораблей. Наша задача рассказать о том, что за работу предстоит выполнять этим летательным аппаратам, какими их видят специалисты.
Дирижабли в век «сверхзвука»
После того как 6 мая 1936 года новейший межконтинентальный гигант «Гинденбург» взорвался у причальной мачты в Лакхерсте (США) и причины катастрофы, унесшей 97 жизней, остались неразгаданными, наступил закат дирижаблестроения.
В популярных журналах перестали писать о перелетах сигарообразных махин. Говоря о дирижаблях, журналисты все чаще употребляли слова «мастодонты», «ископаемые». Но все годы, минувшие с тех пор, как угасло воздухоплавание, инженеры и ученые продолжали совершенствовать воздушные корабли. В технических изданиях мира ежегодно появлялись десятки статей, посвященных дирижаблям. За последние 30 лет выданы сотни патентов, улучшающих их конструкцию, аэродинамику, устойчивость и управляемость. Описания новинок укладывались на полки хранилищ и лишь недавно перекочевали на столы специалистов-разработчиков. В Америке, Австрии, Японии и в других странах серьезно обсуждаются программы постройки новейших дирижабельных флотов. «Новый взгляд на дирижабли», «Жесткий транспортный дирижабль», «Проект атомного левиафана» – такими аншлагами пестрят обложки крупнейших авиационных журналов.
Да, нетрудно понять, отчего специалисты так и не смирились с «вымиранием» летательных аппаратов «легче воздуха». Ведь они обладают свойствами, которых нет у других видов воздушного, морского и наземного транспорта. Пассажира реактивного лайнера мало интересует, какую скорость развивает самолет. Счет часам ведется по времени путешествия от «двери до двери». Дорога от дома до аэропорта порой сводит на нет стремительность перелета. Современный дирижабль быстроходнее своих предшественников. Он будет разгоняться до 300 км/час, поднявшись чуть ли не из центра города. 14–15 часов понадобится пассажиру, чтобы перенестись из Москвы в Душанбе. Сравните эти цифры с 9,5–10,5 час, которые мы тратим на поездку в автобусе «Центр-аэропорт», погрузку в Ил-18, собственно перелет и опять на автопутешествие в центр столицы Таджикистана. Потеря времени при полете на дирижабле не так уж и велика, а хлопот куда меньше.
Дирижабль имеет все шансы стать идеальным пассажирским транспортом. Вот цифры. На одного пассажира воздушного корабля приходится всего 5–7 л.с. вместо 210–230 у турбореактивного самолета. Вероятно, многие предпочли бы лететь на дирижабле, пусть даже в три раза медленнее, заплатив в несколько раз меньше за билет. Вспомните трансатлантические лайнеры. Скорость, с которой они пересекают океан, ничтожна по сравнению со стремительностью реактивного Ил-62. Тем не менее, желающих совершить морское путешествие предостаточно. Еще бы – комфорт и безопасность!
Современный дирижабль – это удобства «Балтики» или «Франции». К услугам пассажиров – застекленные прогулочные палубы, библиотеки, ресторан, теннисные корты, бассейн. В просторной каюте – тишина: двигатели далеко – за 100–200 метров.
Расчеты экономистов показывают: дирижабль незаменим в качестве грузовоза. А преимущества сверхгиганта с ядерным двигателем по сравнению с транспортным самолетом особенно впечатляющи.
Атомный корабль способен поднять на внешней подвеске трубы и арматуру длиной более 100 м, переносить в своем «чреве» грузы размером в 20–40 метров и весом в 100–150 тонн. Это могут быть роторы гидротурбин, нефтяные вышки, секции мостов. Подсчитано, например, что, если вывозить половину древесины, ежегодно вырабатываемой в РСФСР, на 20–30 дирижаблях, страна получит 20 млн. рублей экономии!
Те же 20–30 машин взяли бы на себя работу наземного транспорта, временные дороги для которого обошлись бы в 27 млн. рублей в год. Стоимость воздушной флотилии – не более 30 млн. рублей.
И наконец, дирижабль небесполезен для нужд обороны. Пятого марта 1915 года бомбы с германских воздушных кораблей посыпались на французскую крепость Льеж, затем последовал налет на Антверпен, на склады Кале и Остендэ, заводы в Нанси, на русские войска у Белостока и эшелоны у Брест-Литовска. Бомбардировке подвергся даже Париж: бомбы рвались на площади Республики и в форте Сен-Дени. Бомбардировка с дирижаблей в те времена ошеломляла противника. Представьте себе: над вами на высоте 4000 метров стометровый гигант, с которого падают бомбы! Однако на исходе войны около 70% тихоходов было сбито.
К началу второй мировой войны самолетостроение достигло исключительных успехов. Дирижаблям как боевому средству дали полную отставку. После вступления СШA в мировую войну немецкие подводные лодки стали действовать против американского флота у самых берегов Америки. Скоростные самолеты-разведчики с трудом обнаруживали слабый след подлодок. Тут-то и пригодились дирижабли. С 1942 года в Америке начали срочно строить дирижабли для воздушной разведки и сопровождения судов. Немцы вынуждены были покинуть прибрежные воды.
В 1942 году на вооружении США состояло 48 дирижаблей. Через год – уже 120, а в 1945 году число их перевалило за полторы сотни. Потери союзнических судов уменьшились в семь раз! Важную роль сыграли дирижабли в охране Гибралтарского пролива. С момента появления там американских воздушных кораблей ни одна из субмарин противника не прошла через пролив.
Конечно, сейчас никто не станет применять дирижабль для бомбардировки вражеской территории. Однако он – способный висеть в воздухе сколько угодно – может быть эффективнее в противолодочных операциях, чем вертолет.
Каким же он будет – дирижабль второй половины XX века? В проектах советских, американских и австрийских ученых четко вырисовывается его «портрет». Гигант длиной около 300 м, диаметром 50–60 м снабжен атомным двигателем. Объем несущих гелиевых баллонов 350 000–400 000 м³. Грузоподъемность около 150–180 тонн. Это означает – 500–600 пассажиров в классе «люкс» и 90–100 тонн груза. Туристская модификация – 1600–1800 пассажиров. Скорость дирижабля – 200–300 км/час при неограниченной дальности полета.
Конструкция корпуса – жесткого типа. Шпангоуты и стрингеры ферменной конструкции – из алюминиевых и титановых сплавов с высокой удельной прочностью и хорошими антикоррозийными свойствами. Внешняя оболочка – нейлон. 20 газовых баллонов сделаны из синтетического пленочного материала «майлар» (типа лавсан).
Управление аэростатической подъемной силой осуществляется отсосом избыточного гелия из газовых баллонов и его сжижением, аэродинамическое управление по курсу и тангажу – горизонтальными и вертикальными рулями на хвостовом оперении.
Для уменьшения аэродинамического сопротивления фюзеляжа в хвостовой части отсасывается пограничный слой.
Два вращающихся в противоположные стороны винта диаметром около 20 м приводятся в действие газовой турбиной мощностью 6000–7000 л.с.. Она расположена во вторичном контуре атомной силовой установки. Атомный реактор мощностью 200 МВт удален от пассажирских кабин и снабжен необходимой радиационной защитой. Хотя вероятность сильного удара двигателя о землю при аварии дирижабля чрезвычайно мала, атомный реактор закреплен с помощью подвески, обеспечивающей упругое смещение «котла» без нарушения его герметичности.
Реактор охлаждается жидким литием и изготовлен из жаропрочных сплавов. Первичный контур, включающий в себя литий, выполнен из ниобия. Тепло вторичного контура приводит в действие основную турбину и систему отсоса пограничного слоя.
Совершенное радиолокационное оборудование на борту позволит экипажу из 10 человек сделать путешествие безопасным и приятным.
…Пройдет пять, может быть, десять лет, и мы снова увидим в небе дирижабли. И это зрелище станет таким же привычным, как и пронзающий облака серебристый Ту-144.
Г. НЕСТЕРЕНКО, канд. техн. наук
С конвейера – в небо
«…Мой проект, быть может, окажется полезным в решении наболевшего вопроса – доставки «Жигулей» потребителям. Современные средства автомобильного и железнодорожного транспорта – дороги, они требуют многочисленного обслуживающего персонала и мощных технических средств… Я предлагаю применить дирижабли в качестве автовозов»,
– пишет в редакцию Ю. Бойко, научный сотрудник Тольяттинского политехнического института. Что ж, проект необычен, но необычно сложна и сама проблема транспортировки, которую предстоит решить волжским автомобилестроителям.
Волжский автомобильный завод набирает мощность. За пятилетку ВАЗы станут самой распространенной машиной индивидуального пользования. К 1976 году 3000 новеньких «Жигулей» составят ежедневную продукцию автогиганта в Тольятти. Пройдя несколько километров проверочной обкатки, автомобили отправятся в путь к своим хозяевам в разные концы страны. А это непросто – доставлять тысячи автомобилей в такие города, как Москва, Киев или Ленинград. Посудите сами: для перевозки продукции ВАЗа постоянно нужно около 2000 железнодорожных платформ. В идеальном случае, если платформы на 17 машин, можно обойтись 1300. Их оборачиваемость на 1000-километровой трассе – 6 дней, а на 2000-километровой – не менее 10 суток. Доставка одной только платформы в Москву (1000 км) обходится заводу в 255 рублей. А ведь в год нужно будет отправить 1300 эшелонов – каждый из них увозит 595 автомобилей. Вот и выходит, что к 1976 году, когда 80 тысяч машин из 90, сошедших с конвейера за 1 год, станут перевозить по железной дороге, Волжский автомобильный ежегодно будет выплачивать МПС 11 602 500 рублей! Прибавьте к этому зарплату шоферам-перегонщикам… Расходы растут с увеличением дальности. Сказывается на стоимости доставки и тип платформ. Сейчас в ходу 62-тонные. Три автомобиля общим весом в 3 тонн загружают их лишь в ничтожной мере. Но и 17-местные не решают проблемы. Пока таких мало, и, кроме того, конструкция их не позволяет перевозить на обратном пути к Тольятти какие-либо грузы. Такой «холостяк» дорого обходится государству.
Ну, а как с автомобильным транспортом, с доставкой «Жигулей» на гигантских трайлерах-автовозах?
Вспомним трассу Тольятти – Куйбышев – 100 км пути, после которого машины попадают на большую перевалочную базу. Один автопоезд расходует в этом рейсе 60–70 л топлива. С учетом зарплаты водителя доставка одного ВАЗа в Куйбышев стоит около 7 рублей. Дело пойдет лучше с пуском в строй бетонированного шоссе. Но оно будет готово не менее чем через 2–3 года. К тому же в обратный рейс автопоезда, по всей вероятности, будут ходить порожняком. 11 л горючего, приходящегося на 1 перевезенный автомобиль, обернутся 17–18 литрами.
Расчеты показывают: хорошим средством доставки «Жигулей» могут стать дирижабли. Прикинем, насколько они экономичны на трассах различной протяженности.
ЧЕЛНОЧНЫЙ МАРШРУТ ТОЛЬЯТТИ – КУЙБЫШЕВ – ТОЛЬЯТТИ. У причальной мачты автозавода – воздушный корабль грузоподъемностью в 50 т. Его крейсерская скорость – 150 км/час.
Прямо с конвейера своим ходом машины заезжают в контейнер дирижабля. Рейс до Куйбышева с учетом погрузки и разгрузки занимает 1 час. Сжигается 300 л горючего. На одну малолитражку расходуется 6 л керосина (топлива газотурбинного двигателя дирижабля) – это в 4–5 раз дешевле 18 л автобензина.
Один дирижабль заменит 8 шестиместных трайлеров, а скорость его в два раза больше. Три летательных аппарата вывезут 1000 машин в сутки. 178 рублей – вот стоимость часа эксплуатации 50-тонного дирижабля (по данным Ленинградского общественного КБ воздухоплавания). На один лимузин приходится 3,6 рубля. Сравните эту сумму с 7 рублями автоперевозки. Она уменьшится, если на трассы выйдут 100-тонные воздушные корабли. Грузовые платформы должны быть универсальными, чтобы перевозить из Куйбышева в Тольятти любой груз.
ДАЛЬНИЕ ПЕРЕВОЗКИ. Конечные пункты – крупные областные и республиканские центры. Оборачиваемость дирижабля на расстоянии 1000 км составит менее суток. Напомним: эшелон преодолевает тот же путь за 6 суток, то есть за 144 часа. 50-тонный воздушный грузовоз успеет слетать туда и обратно 10 раз, перевезти 500 автомобилей. Правда, использование платформ на 1/ машин уравняет возможности железной дороги и авиации. Стоимость перевозки одного автомобиля с помощью дирижабля н на платформе примерно одинакова. А вот на дистанциях свыше 1000 км воздушный корабль явно рентабельнее – это подтверждают расчеты. Конечно, нужна более детальная разработка проекта, в которой участвовали бы специалисты многих областей техники. Но одно очевидно: Волжскому автомобильному заводу, этому уникальному комбинату по массовому выпуску автомобилей, нужны новые решения проблемы транспортирования продукции.
Ю. БОЙКО, научный сотрудник Тольяттинского политехнического института
ПРИЛОЖЕНИЕ
Противники дирижаблей неизменно упоминают в числе недостатков этих летательных аппаратов трудности приземления и швартовки. К решению проблемы подключилась творческая лаборатория «Инверсор». Ее председатель авиаконструктор А. Добротворский предложил улучшить посадочные свойства дирижабля с помощью аэродинамического эффекта Магнуса.
Дирижабли просятся на землю
«…едва ли можно ожидать применения цилиндров в авиатехнике будущего».
И. Аккерет, 1925
Это видно даже на фотографиях – дирижабль у причальной мачты напоминает кита, выброшенного на берег. Очень уж беспомощен. Что поделаешь, закон Архимеда, в соответствии с которым махина словно пушинка поднимается ввысь, неумолимо справедлив и для пришвартованного корабля. Выталкивающую силу приходится преодолевать и при посадке – аэродинамическим действием рулей, мощью двигателей. Как же быть? Неужели нельзя облегчить спуск на землю, заставить многотонную громаду «обрести вес», а приземлившись, крепко стать на ноги?
В поисках решения я воспользовался классическим методом научного исследования–попытался найти в истории техники подходящий прецедент. Нельзя сказать, что успех был полный, но кое-что выудить удалось.
…В 1852 году берлинский физик Густав Магнус обнаружил любопытное явление: при обдувании воздушным потоком вращающегося цилиндра появляется боковая сила, которая действует перпендикулярно оси вращения и направлению струи. Сам первооткрыватель не смог дать феномену сколь-либо убедительных объяснений. Явление получило ни к чему не обязывающее название «эффект Магнуса». Все прояснилось только в 20-е годы нашего столетия, когда аэродинамика стала точной наукой. «Виновником» оказался так называемый пограничный слой вокруг обдуваемого тела. На некотором удалении от поверхности частицы воздуха движутся так же быстро, как и весь поток. А вот газ, находящийся в непосредственной близости к телу, притормаживается. Его скорость равна нулю в местах контакта частичек с цилиндром. Сказывается вязкость среды. Если поверхность вращается и направление движения участка тела совладает с направлением струи, пограничный слой как бы ускоряется, а давление в нем (по закону Бернулли) падает. На противоположной стороне цилиндра происходит обратное: поток замедляется, давление возрастает. Перепад и вызывает появление «таинственной» боковой силы.
В 1924 году австрийский инженер Антон Флеттнер применил вращающиеся цилиндры вместо парусов на небольшом – всего 900 т – судне. Успех превзошел все ожидания.
Этим экспериментом и закончилась попытка практического воплощения аэродинамического явления. Об эффекте Магнуса стали постепенно забывать. Пессимистическое отношение к нему высказал И. Аккерет, инженер, занимавшийся изучением цилиндров. Слова исследователя взяты эпиграфом к докладу.
Все это и натолкнуло меня на мысль о применении цилиндров в дирижаблестроении. Ведь такую же форму можно придать центральной части воздушного корабля. Представьте себе: дирижабль висит над посадочной площадкой. Надо его приземлить. Пилот включает двигатели, приводящие во вращение цилиндрообразную часть корпуса. Ветер, пусть даже несильный, сыграет роль потока в аэродинамической трубе. Направление вращения таково, что боковая сила действует вниз и заставляет аппарат снижаться. Чтобы машина не взмыла в небо, ее удерживают мощные грунтозацепы. Если же площадка бетонированная, помогут электрокары, груженные балластом. Они подъезжают к стойкам шасси и, прикрепленные к ним, препятствуют самопроизвольному взлету дирижабля.
Можно, задавшись исходными данными такой гипотетической машины, рассчитать некоторые ее параметры. По ним легче судить, насколько реален проект. Очень важное обстоятельство – какой силы нужен ветер, чтобы эффект Магнуса проявился в заметной мере.
При Д=20 м (что соответствует объему дирижабля 24 000 м³) потребная скорость ветра не превышает 4 м/сек – обычный ветер в «среднюю» погоду. Любопытно напомнить, что судно Флеттнера рассчитывалось на скорость ветра в 10–12 м/сек.
Есть одно «попутное» явление, связанное с вращением центральной части, – чисто механическое, – реактивный момент. Корпус будет стремиться к вращению в противоположную сторону. Этого, конечно, допустить нельзя. Я проделал прикидочные расчеты. Выходит, что если винтомоторная установка расположена в хвосте дирижабля, то можно противодействовать тенденции к повороту корпуса реактивным моментом пропеллеров. Резерв для уравновешивания есть и в распределении основных масс машины.
Чтобы облегчить управление кораблем при посадке, ротор можно разделить на три-четыре цилиндра с независимым приводом. Если «задрался» нос, пилот изменяет скорость вращения какой-либо одной секции – появляется дополнительная аэродинамическая сила, машина выравнивается.
Все эти усовершенствования – дело проектировщиков. Моя задача была скромнее – попытаться приложить эффект Магнуса к дирижаблям, обосновать выбор схемы, просчитать основные характеристики гипотетической машины.
А. ДОБРОТВОРСКИЙ, авиаконструктор
источник: «Левиафаны пятого океана» // Техника–молодежи 1971-08, c. 30–34. Рис. Б. Сопина, В. Иванова
