Содержание:
При взгляде на сохранившиеся изображения самолета Можайского поражает контраст между добротностью исполнения и явной технической несуразностью конструкции. История (или, скорее – легенда) создания этого самолета тоже производит странное и противоречивое впечатление. Якобы жил талантливый прожектер-сумасброд, который опередил свое время и не был оценен современниками. И вынужден был строить самолет на свои средства (или не на свои), и самолет тот вроде даже летал (или не летал).
Перед тем, как перейти к технической (заклепочной) части проекта придется увязать некоторые исторические факты.
История
В 70-е…80-е годы 19-го века существовала «Комиссия по воздухоплаванию» при Военном ведомстве под председательством Э.И.Тотлебена.
В эту Комиссию Можайский докладывал результаты своих экспериментов и предоставлял смету на расходы на продолжение исследований.
Авиационная тема, несколько непрофильная для Комиссии (основное направление — аэростаты), тем не менее, была «на контроле» у Александра II и получала регулярное финансирование.
Почему казенное ведомство вообще могло рассматривать заявки постороннего морского офицера?
Это становится понятным, если предположить, что Можайский служит в подразделении упомянутой комиссии. Например, в должности заведующего отделом аэродинамы.
Этот отдел занимается исследованиями вопросов аэродинамики и самолетостроения.
То-есть, задача отдела — не постройка самолета как такового, а получение научных знаний.
Данная гипотеза объясняет многие странные факты.
Например — демонстрация Можайским малоразмерных летающих моделей. Технически вполне возможно было в те времена построить аэродинамическую трубу, продуть модели и получить огромное количество экспериментальных данных. И это — первейшая задача, которая должна была быть поставлена перед отделом Можайского. Иначе непонятно, зачем вообще тратить деньги на этот проект.
Тем не менее, в 1878 году Можайский пишет в докладной записке, что » требуемые для решения вопроса данные могут быть получены только над аппаратом таких размеров, на котором силою машины и направлением аппарата мог бы управлять человек «.
Научное руководство на основании экспериментальных данных выполняет расчет модели и принимает решение о строительстве полноразмерного стенда. Итак, изделие, известное как самолет Можайского, на самом деле является испытательным стендом.
Путаница возникла из-за того, что похожая конструкция была ранее запатентована как самолет.
Но этот «самолет» предназначался не для полетов, а для экспериментов. Так как полноразмерная модель не помещалась в аэродинамическую трубу, то была построена так называемая «аэродинамическая тележка». Каждое из 4-х колес тележки имело пружинный амортизатор, по положению которого можно было судить о нагрузке на колесо. Все колеса снабжались самописцами, что позволяло довольно точно знать горизонтальную и вертикальную силы, а также точку приложения сил на каждый момент движения тележки.
На тележку устанавливалось исследуемое крыло заданного профиля и под заданным углом установки, и тележка скатывалась по наклонному помосту с ускорением. Вот для чего нужен был помост — не для старта самолета (взлет вообще не предполагался), а для экспериментов.
Так как эксперименты заняли не один год, то это объясняет некоторую неопределенность даты создания «первого самолета».
Двигатель и винтомоторная установка
По канонической легенде, Можайский поехал покупать двигатель сперва в Америку, а потом купил его в Англии. Такое возможно, но довольно странно. Гораздо логичнее и полезнее вложиться в разработку собственного двигателя. И, в целом — в создание собственной школы двигателестроения.
Тем более, что в деле фигурирует талантливый механик Иван Голубев. Вот и пусть строит авиационный паровой двигатель.
Предполагаемые параметры силовой установки — 40 лс при 300 об/мин и массе не более 200 кг с котлом и конденсатором. Задача для того времени нетривиальная, но достижимая.
Сообщается, что машина была двойного расширения с давлением питающего пара 190 фунтов на дюйм (1,3 Мпа). Что означает температуру влажного пара порядка 200 °С. Достойные параметры. Котел был прямоточным. В конструкции ППУ имелся сепаратор, что обеспечивало возможность естественной циркуляции пароводяной смеси. На пусковых режимах, а также при работе на влажном паре с паросодержанием до 30% сепаратор необходим. А при увеличении тепловой нагрузки на котел было возможно получение перегретого пара, что позволяет поднять мощность установки и делает котел прямоточным в буквальном смысле (коэффициент циркуляции – единица). Но на переходных режимах от влажного к перегретому пару ожидаются интенсивные гидравлические пульсации и удары.
Отсюда видно, что создание собственного двигателя тоже задача непростая, и ее успешное решение обогатит отечественную науку ценным опытом.
Винты
По позднейшим расчетам ЦАГИ, винты «самолета» имели КПД 50%. Это очень странно. Ведь это означает, что впустую теряется половина мощности двигателя, и без того небольшой. Значит, здесь тоже открывается огромное поле для исследований.
Цель — создание винтов с КПД не менее 70%. Лучше — 80%
Испытания
Предложенная гипотеза объясняет, откуда на «самолете» взялись плоское крыло и неоптимальные винты. Это было сделано в исследовательских целях. Конечно, никто не ожидал, что ЭТО взлетит, но величины аэродинамических коэффициентов требовалось получить и для плоского крыла. А также найти аэродинамический фокус, нарисовать поляру, сделать фотографии ленточек (картина обтекания) и много чего еще.
В подтверждение данной гипотезы — фотография «самолета», готовящегося к запуску. На фотографии отсутствуют нижние оттяжки крыла (должны быть на месте красных линий). Как же он полетит, ведь именно нижние оттяжки воспринимают подъемную силу?
Слева на фотографии стоит человек в форме офицера, возможно, сам Можайский, и вполне индифферентно смотрит на действия своих подчиненных. Что это, глупость? Вряд ли. Не бывает таких глупых каперангов. Тогда что мы видим на фотографии?
Скорее всего, техники устанавливают очередное крыло на испытательный стенд, а нижние оттяжки пока не заведены. Идет рутинная исследовательская работа.
Что случилось 20 июля 1882 года?
Известно, что в этот день на испытательный полигон в Дудергофе прибыла комиссия.
Считается, что в этот день первый в мире самолет поднялся в воздух.
И тут у историков начинаются разногласия. Одни утверждают, что самолет взлететь никак не мог. Другие говорят, что мог, но при условии, что разгонялся под уклон и налетел на встречный порыв ветра. На самом деле, отчасти правы и те, и другие.
Это был запуск полноразмерной стендовой модели, и она не должна была взлететь. Но в конце спуска модель развила скорость не менее 20 км/ч и встречного порыва ветра силой всего 5…10 м/с оказалось достаточно, чтобы оторвать ее от земли.
Таким образом, имел место несанкционированный подлет.
Восходящий поток отнес модель довольно далеко. При посадке модель получила повреждения. Был ли на борту экипаж? Был ли установлен двигатель? Все это возможно.
Можно ли считать это происшествие первым в мире полетом? Думается, что вообще трудно назвать дату первого полета. Так как первые полеты-подлеты были очень маленькие и неудачные. А потом постепенно все выше и дальше. Постепенно.
Тем не менее, комиссия впечатлилась и написала обстоятельную докладную. Так как была доказана возможность полета аппарата тяжелее воздуха, то с этим надо было что-то делать. И все работы по этой теме засекретили. Хорошо, хоть совсем не запретили.
Дело в следующем.
На тот момент руководителем страны стал Александр III. Он был сторонником развития отечественной науки и промышленности, но всеми силами старался избегать любых революционных потрясений. Изобретение самолета могло стать причиной такого потрясения и было бы крайне несвоевременно.
В случае обнародования этого открытия более технически-развитые страны мгновенно взяли бы его на вооружение и очень быстро обогнали бы Россию в количестве и качестве самолетов.
Россия была бы втянута в гонку вооружений в воздухе, а в международной политике добавился бы еще один фактор нестабильности.
А если смотреть дальше, то изобретение самолета стало одной из причин новых войн. По крайней мере, войны стали более разрушительными.
Все это было крайне нежелательно.
Эта гипотеза о засекречивании работ отдела Можайского объясняет скудость и противоречивость исторических свидетельств и архивных документов.
Косвенные свидетельства все-таки имеются. В июле 1882 года Можайский, формально числящийся на преподавательской работе, получает чин контр-адмирала. Почему?
Настоящий самолет Можайского (реконструкция)
Выше была изложена предыстория вопроса, а теперь попытаемся представить, как бы мог выглядеть настоящий летающий самолет Можайского.
Естественно, в его конструкции должны применяться только те материалы и технические решения, которые были доступны на тот момент. Плюс наработки, полученные в ходе исследований с 1876 по 1882 г. Кроме того, желательно, чтобы реконструкция была максимально близка к канонической схеме самолета Можайского.
То-есть:
1. Это должен быть расчалочный моноплан с большим крылом малого удлинения.
2. Конструкция крыла – деревянный каркас с полотняной обшивкой.
3. Двигатель – конденсаторная паровая машина двойного расширения.
4. Количество винтов – три.
5. Трансмиссия – ременная передача.
6. Шасси – четырехколесное.
7. Расчетный взлетный вес – 57 пудов (934кг)
8. Расчетная скорость – 40 км/ч
Этим требованиям соответствует следующая машина —
Мы предлагаем реконструкцию самолета Можайского по схеме “летающее крыло”, так как эта схема близка к каноническому описанию в патенте, и так как очевидно (и нам, и конструкторам 19-го века), что такая схема обеспечивает наилучшую аэродинамику и культуру веса.
Размеры –
Размах — 18 м,
Длина – 10 м,
Площадь – 150 м2,
Толщина профиля 10%.
Площадь крыла уменьшена по сравнению с каноническим значением примерно в два раза, и все-равно, по нашим сегодняшним представлениям является избыточной. Так как нагрузка на крыло составляет всего 6 кг/м2. Очевидно, Можайский и его сотрудники таким образом стремились минимизировать взлетную и посадочную скорость.
Крыло выполнено профилированным. Профиль выбран оптимальный для получения наилучшего аэродинамического коэффициента. На то и проводилась обширная программа исследований. Более того – профиль выбран несимметричный, с плоской нижней поверхностью. Или даже с некоторой S-образностью. Такой профиль обеспечивает хорошую продольную устойчивость. Этот параметр девятнадцативечные исследователи тоже обязаны были учесть.
Самолет сделан двухместным, и места экипажа перенесены вперед. Преимущества такого решения очевидны – обеспечивается более передняя центровка и лучший обзор. Плюс – дополнительный член экипажа может выполнять функции наблюдателя, бортмеханика, штурмана, бомбардира. Или это могут быть курсант с инструктором.
Винты также перенесены на переднюю кромку крыла. Колея шасси увеличена.
Паровая машина выполнена двухвальной. На разрезе можно увидеть примерную схему силовой установки. Цилиндры окрашены в зеленый цвет. Шток проходит насквозь и выходит с обоих сторон цилиндра. По сторонам расположены два кривошипных вала, вращающихся в разные стороны.
Такая схема позволяет на правой оконечности крыла установить винт правого вращения, а на левой – левого. Центральный винт выполнен соосным, что позволяет снизить завихрения воздуха.
Боковые винты создают завихрения, но полезные, так как нагнетают воздух под крыло и увеличивают подъемную силу.
Ременная передача имеет передаточное число 2:1 и позволяет поднять обороты винтов до 600 об/мин. В этом случае для обеспечения тяги достаточно диаметра винтов 3,2 м.
Шаг винтов может быть оптимизирован на взлетную тягу, либо на максимальную скорость полета. В зависимости от параметров винтов взлетная скорость будет 30…40 км/ч, а максимальная скорость будет 40…70 км/ч.
Для управления полетом служат закрылки и рули направления.
Особенностью данной конструкции является наличие фрикционных муфт на боковых винтах. Эти “бортовые фрикционы” позволяют выполнять энергичные повороты “по танковому” при рулежке и резких виражах.
Современные реконструкции
В настоящее время энтузиасты-авиамоделисты построили несколько летающих уменьшенных копий самолета Можайского. См. фото.
Или, по-другому они называются “полукопиями”, что будет точнее.
Потому что во первых –
В конструкциях этих моделей используются современные материалы и двигатели, обеспечивающие невероятно-высокую для 19-го века энерговооруженность.
Во вторых – эти модели являются копиями не самого самолета, а нелетающего аэродинамического стенда. То, что авиамоделисты умудряются поднять ЭТО в воздух – достойно восхищения и наводит на некоторые мысли: уж если ЭТО может летать, то самолет тем более полетит. Вот и хотелось бы увидеть все-таки самолет, а не стенд.
В третьих – это все уменьшенные модельки, а хотелось бы увидеть полноразмерный самолет.
Тем более, что планы постройки полноразмерного самолета имеются.
Исходя из предпосылок, изложенных в данной статье, возможно, было бы целесообразно вначале попытаться восстановить схему летающей модели самолета Можайского. Например, так как предложено в этой статье (по схеме летающее крыло).
И взять за образец для реконструкции именно эту доработанную схему.
Тезисы данной статьи –
• В 80-е годы 19-го века в России проводились аэродинамические исследования.
• История о якобы “неважном” первом полете самолета Можайского описывает лишь один из эпизодов вышеупомянутых исследований с несанкционированным подлетом испытательного стенда.
• Сумма накопленного опыта и знаний позволяла построить в 1882-85 годах настоящий летающий паровой самолет.
• Возможно, такие работы и были выполнены, но без огласки.
• Предлагается попытаться восстановить схему летающего самолета, теоретически и методом поиска его чертежей в архивах.
• И построить максимально-точную полноразмерную копию действующую парового самолета 19-го века.
