Сердца самолетов. Двигатели 1901 – 1906 годов

Широко известно крылатое выражение, что двигатель – сердце самолета. Если посмотреть на зарождение авиации на рубеже XIX – XX веков, то справедливость этих слов проявится со всей отчетливостью: с двигателями потерпели неудачу многие пионеры авиации, в том числе, например, и Отто Лилиенталь. Хороший двигатель был необходим не только для летательных аппаратов тяжелее воздуха, но и для дирижаблей, где требования к весу были не такими строгими. Однако даже и в этом случае тяжелый двигатель означал снижение полезной нагрузки – одного из важнейших параметров летательных аппаратов.

В течение XIX века многие пионеры авиации пытались изготовить мощный и легкий паровой двигатель. В Чехии с паровыми двигателями экспериментировал Густав Фингер (Gustav Finger), но, к сожалению, о его попытках у нас нет подробной информации. Хотя технологии улучшали паровые двигатели, но за исключением экстраординарной конструкции Хайрама Максима они, как правило, получались слишком тяжелыми и неэффективными. Попытки использовать другой привод, например, газовые двигатели внутреннего сгорания (Пауль Хаенлайн [Paul Haenlein]; Брно, 1872 год) или электромоторы (Ренар [Renard] и Кребс [Krebs]; Париж, 1884 год) не дали положительных результатов. В 1880-х годах первые бензиновые двигатели все еще имели очень большой удельный вес и потому еще не были применимы в авиации.

Начавшееся в 90-х годах XIX века развитие мотоциклов и автомобилей привело к тому, что удельная мощность бензиновых двигателей становилась все выше, пока, наконец, она не достигла величины, позволявшей использовать их для полетов. Давайте попробуем из неполных документов тех лет и более поздней литературы, данные которой также неполные, сделать обзор первых авиационных двигателей, использовавшихся с 1901 по 1906 годы.

Давайте начнем с самого проблемного двигателя: мотора, использовавшегося Вильгельмом Крессом (Wilhelm Kress) в 1901 году. В 1898 году Кресс при подготовке к постройке своего самолета заказал двигатель у расположенной в моравской Оскаве (Oskava) фирмы Герхарда Адама (Gerhard Adam). Компания изготовила плоский четырехцилиндровый двигатель водяного охлаждения, чьи останки сейчас можно увидеть в Национальном техническом музее. Двигатель был установлен на самолет, но по неизвестным причинам это предприятие не увенчалось успехом. Возможно, двигатель был очень тяжелым и не особенно мощным: в некоторых источниках сообщается, что он развивал мощность от 5 до 6,6 кВт (7 – 9 л.с.).

После неудачи с мотором компании Adam Кресс заказал двигатель у немецкой компании Daimler. Мотор должен был при весе 240 кг развивать мощность 22 кВт (30 л.с.), т.е. удельная мощность должна была составлять приблизительно 0,09 кВт/кг (0,12 л.с./кг). Реальность оказалась значительно суровее: мощность этого рядного четырехцилиндрового двигателя водяного охлаждения возможно приближалась к желаемым требованиям, но его вес достиг 380 кг а удельная мощность составляла всего 0,05 кВт/л.с. (0,07 л.с./кг). Как можно увидеть двигатель компании Daimler не соответствовал требуемым параметрам и не мог быть использован в летательных аппаратах тяжелее воздуха. Из-за большого веса двигателя Крессу пришлось реконструировать недостроенный самолет, увеличив площадь несущей поверхности. Рядный четырехцилиндровый двигатель, который за два года до описанных событий был поставлен графу Цеппелину, при массе 400 кг развивал половинную мощность (около 11,8 кВт [16 л.с.]), т.е. его удельная мощность составляла 0,03 кВт/л.с. (0,04 л.с./кг). Таким образом, можно сделать вывод, что для Кресса компания Daimler изготовила значительно более совершенный мотор, который, к сожалению, не подходил для установки на самолет.

Примерно в то же время, когда Кресс заказывал двигатель, компания Daimler изготовила четырехцилиндровый рядный двигатель водяного охлаждения мощностью 29 кВт (39 л.с.), предназначенный для установки на французский полужесткий дирижабль «Julliot-Lebuady La Jaune». Что касается двигателя для дирижабля, то автору не его удалось найти и можно предположить, что удельная мощность была аналогична параметру двигателя, созданного для самолета Кресса. Однако, как уже отмечалось выше, для дирижабля большая масса двигателя была меньшим источником для беспокойства.

Однако у большинства тогдашних двигателей внутреннего сгорания удельная мощность была значительно меньше. Кстати, в 1904 году вышеупомянутый Пауль Хаенлайн считал, что для дирижабля двигателя с немного большей удельной мощностью – 0,10 – 0,12 вКт/кг (0,14 – 0,16 л.с./кг) – будет вполне достаточно. Однако французский пионер авиации Шарль Ренар (Charles Renard) в 1901 году выдвинул более жесткое требование: по его словам удельная мощность двигателя должна была составлять 0,5 кВт/кг (0,68 л.с./кг).

Двигатели, о которых мы говорили, были изготовлены на заводах. Однако одновременно с ними появлялись конструкции моторов и трансмиссий, изготовленных полупрофессиональными энтузиастами-любителями. В большинстве случаев речь шла о бензиновых двигателях, но некоторые моторы использовали другие виды топлива, часть которых сегодня смотрится несколько экзотично. Первыми из таких полупрофессиональных двигателей следует считать моторы братьев Райт, Бальцера-Мэнли, Густава Вайсскопфа-Уайтхеда (Gustav Weißkopf-Whitehead) и некоторых других.

Для летательных аппаратов тяжелее воздуха было целесообразным иметь несколько более легкий двигатель, чем «идеал» выдвинутый Хаенлайном, хотя часто первым самолетам приходилось мириться даже с такими значениями. Так двигатель, созданный в 1903 году братьями Райт для своего самолета Flyer, развивал мощность 8,8 кВт (11,96 л.с.) при весе 90 кг, что давало удельную мощность около 0,10 вКт/кг (0,14 л.с./кг). Но в те годы существовали и более совершенные двигатели. (Работы Густава Вайскопфа пропустим, поскольку данные о выдающихся летно-технических характеристиках его самолета, якобы полетевшего за два года до аэроплана братьев Райт, не доказаны и маловероятны, поэтому распространим такой подход и на его двигатели.) Это не были двигатели, полученные из моторов гоночных автомобилей, а моторы, разработанные специально для летательных аппаратов тяжелее воздуха. Довольно хорошо известен радиальный пятицилиндровый двигатель водяного охлаждения конструкции Бальцера-Мэнли, который также как и двигатель братьев Райт был разработан в 1903 году и который предназначался для самолета С. П. Лэнгли. Он развивал мощность 38 кВт (52 л.с.) при весе всего 94 кг, т.е. его удельная мощность составляла 0,40 кВт/кг (0,54 л.с./кг).

Создатели двигателей, предназначенных для установки на самолеты, часто пытались облегчить простейшей конструкцией картера. Примером может быть решение, предложенное в 1901 году Алоисом Вольфмюллером (Alois Wolfmüller) – одного из соавторов мотоцикла Hildebrand & Wolfmüller образца 1895 года – для задуманного им самолета. Картер был сведен к простому «носителю подшипников коленчатого вала», позволявшему, однако, подсоединять цилиндр. Двигатель Вольфмюллера был одноцилиндровым, имел воздушное охлаждение и при развиваемой мощности 13 кВт (18 л.с.) весил 36 кг, т.е. его удельная мощность была такой же, как у двигателя Бальцера-Мэнли – 0,37 кВт/кг (0,5 л.с./кг или 2 кг/л.с.). Однако к созданию самолета Вольфмюллер приступил несколько позже. Алессандро Анзани (Alessandro Anzani) также пытался сэкономить вес с помощью короткого картера, и, как в апреле 1911 года написала пражская «Национальная газета»,

«решил сделать свой двигатель вращающимся как вентилятор».

Хотя инженер Жюлио (Ing. Julliot) оснастил дирижабль «Lebaudy» двигателем водяного охлаждения Daimler, другой создатель французских дирижаблей бразилец Альберто Сантос-Дюмон в 1899 году в своем первом дирижабля использовал двухцилиндровый двигатель воздушного охлаждения De Dion-Bouton. Этот мотор развивал мощность всего 2,6 кВт (3,5 л.с.), чего было совершенно недостаточно. Поскольку Сантос-Дюмон построил дирижабль с небольшим объемом несущего аэростата, то он должен был использовать легкий двигатель. Таким образом, Сантос-Дюмон попал в ситуацию, в которой оказывались самолетостроители. В 1900 году на свой дирижабль №4 Альберто Сантос-Дюмон установил двухцилиндровый рядный двигатель Bouchet мощностью 4,4 кВт (6 л.с.), но этого было недостаточно. Год спустя на дирижабли №№5 и 6 им был установлен четырехцилиндровый двигатель воздушного охлаждения Bouchet, развивавший мощность 8,8 кВт (12 л.с.). Тот же самый 12-сильный двигатель Bouchet устанавливал на своем небольшом самолете немец Карл Ято (Karl Jatho), в то время как Фердинанд Фербер (Ferdinand Ferber), экспериментировавший в 1902 году с прикрепленным к велосипеду «моторизованным» планером, использовал двухцилиндровый 6-сильный двигатель Bouchet.

Примерно в это же время в Чехии был создан еще один двигатель, подходивший для установки на самолеты. Мотор был разработан инженером Вилемом Урбанеком (Ing. Vilém Urbánek) примерно в 1904-1905 годах для своего самолета, оснащенного гироскопическим автопилотом. Для относительно тяжелого самолета, который доводился несколько лет и который был испытан в 1907 году, мотор был слабым, и как следствие машина не полетела. В 1906 году этим пионером авиации из Трутнова (Trutnov) в большом беспилотном мотопланере был использован одноцилиндровый двигатель Laurin a Klement, развивавший мощность 1,8 кВт (2,5 л.с.). После запуска со склона мотопланер успешно выполнял полеты. Интересно отметить, что этот двигатель приводил в движение винты, вращавшиеся в противоположных направлениях. Сегодня этот летательный аппарат (без двигателя) можно увидетьв Национальном техническом музее.

Такова была ситуация в годы от 1900 по 1904. Мы видим, что были двигатели, соответствующие «идеалу Хаенлайна», и некоторые из них приближались к гораздо более строгому «идеалу Ренара». Отметим главным образом двигатели Даймлера, Райта и Левассера. Первый из упомянутых появился из успешного двигателя для дирижабля. Усовершенствованные двигатели Wright в течение некоторого времени серийно изготавливались в Европе. Левассер после провала его самолета (1903 год) обратил свой взор к авиационным двигателям и в 1906 году создал первые реальные авиадвигатели Antoinette, которые развивали мощность от 24 л.с. (17,7 кВт) до 50 л.с. (37 кВт) и которые получили широкое распространение. Но это уже другая глава истории авиации.

Ниже прилагается таблица с характеристиками авиационных двигателей тех лет, которые не были упомянуты в статье.

Авиационные двигатели (двигатели, используемые в самолетах и дирижаблях) 1900-1906 годов

Источники:

• Соболев Д. А. «Рождение самолета», Москва 1988
• Gibbs-Smith, Ch. H.: The Invention of the Aeroplane, Londýn 1965
• Trůneček, Joser: Vzduchoplavba, Praha 1910-1911
• Sohwipps, Werner: Alois Wolfmúller, Planegg 1991
• Encyclopédie par I'image — Aviation, Paříž 1924
• Keimel, Reinhard: Oesterreichs Luft-fahrzeuge, Štýrský Hradec 1981 Beneš, Pavel: Naše první křídla, Praha 1955
• Icare No97 (1981)
• Rolt, L. Т. C.: The Aeronauts, Brunswick 1985 Epocha 1904-1905
• Schwipps, Werner — Holzer, Heinz: Flugpionier Gustav WeiBkopf, Oberha-ching 2001
• Národní listy, 16.04.1911

источник: PeS «SRDCE LETADLA 1901 – 1906» L+K 19/2002