Владимир Пышнов - Из истории летательных аппаратов
===========
НА СВОБОДНОМ АЭРОСТАТЕ
П. Н. Нестеров готовился к тому, чтобы стать авиатором -- летать на самолетах, но путь к самолету шел через аэростат. Свободный -- сферический -- аэростат появился более чем на 100 лет раньше самолета. Правда, он долго не находил практического применения, если не считать спортивные и показательные и очень немногие научные полеты. Во время осады Парижа в 1870 г. аэростаты использовались для связи и для бегства из осажденного Парижа немногими лицами. Вся беда была в том, что свободный аэростат не имел своего, самостоятельного, движения, обладая лишь некоторой вертикальной скоростью. Проблема строительства управляемых аэростатов -- дирижаблей -была решена только немного раньше, чем проблема создания самолета. Обе они были решены в результате создания легкого двигателя внутреннего сгорания.
Военное воздухоплавание стало развиваться раньше, чем военная авиация, и соответственно раньше были созданы военные воздухоплавательные школы. Они должны были готовить специалистов по военным дирижаблям; подобная офицерская школа была и в Петербурге; в нее и поступил П. Н. Нестеров. Русское воздухоплавание развивалось плохо; дирижаблей было мало, эксплуатация их была трудна и аварии часты. В воздухоплавательной школе давали теоретическую подготовку, а полетная практика в основном осуществлялась на сферических аэростатах. П. Н. Нестеров пошел в воздухоплавательную школу потому, что через нее проходил путь в авиацию; полеты на аэростатах знакомили с условиями полета вообще; в школе были специалисты и по самолетам.
Следует указать, что в то время термин "воздухоплавание" относился и к самолетам. Так, замечательный труд Н. Е. Жуковского по аэродинамике, воздушным винтам и динамике полета носит название "Теоретические основы воздухоплавания". Аэростатам и дирижаблям в нем уделено небольшое место, но свойства их описаны очень обстоятельно.
На рис. 2 показана схема свободного аэростата объемом около 1400 м3, который применялся для спортивно-тренировочных целей. Он состоит из матерчатого прорезиненного баллона 1, покрытого сетью (на схеме она не показана) с ромбовидными ячейками, имеющими размер сторон около 1 м; сеть служит для передачи подъемной силы на корзину. Стропы 2 соединяют сеть с силовым кольцом 3, к которому подвешена корзина 4; в корзине размещается экипаж и снаряжение. В самой верхней части оболочки помещен тарельчатый клапан 5 для выпуска газа, который управляется шнуром, идущим в корзину; цилиндрический открытый снизу отросток 6 служит для выхода газа при его расширении во избежание разрыва оболочки. Аэростат снабжен разрывной лентой 7, при помощи которой оболочка распарывается для быстрого выпуска газа при посадке, и мешками с балластом (песком) 8 для облегчения аэростата при необходимости уменьшить скорость спуска или при переходе на подъем; длинный канат -- гайдроп -- 9 служит для уменьшения скорости приземления и для торможения горизонтального движения, вызываемого ветром.
Технические характеристики этого аэростата таковы: подъемная сила при наполнении оболочки водородом -- около 1400 кГ (на уровне земли), при наполнении оболочки светильным газом -- около 1000 кГ; веса: оболочка -- 240 кГ, сеть -- 40 кГ, кольцо -- 15 кГ, корзина -- 58 кГ, гайдроп -- 40 кГ, итого -- вес конструкции около 400 кГ, или 28,5% полного полетного веса при наполнении оболочки водородом. Вес снаряжения и приборов -- 16 кГ, вес полезной нагрузки при наполнении оболочки водородом -- около 1000 кГ, при наполнении оболочки светильным газом -- 580 кГ. В полезную нагрузку входит балласт, количество которого зависит от заданных высоты и времени полета. Балласт для аэростата является своеобразным двигателем и топливом; сбрасывая балласт, мы получаем соответствующую избыточную подъемную силу, которая совершает работу, поднимая аэростат вверх. Приняв вес экипажа и багажа равным 350-400 кГ, мы оставим для балласта 600-650 кГ.
Рис 2 Схема свободного аэростата объемом 1400 м3:
1 -- прорезиненный баллон; 2 -- стропы; 3 -- силовое кольцо; 4 -корзина, 5 -- клапан; 6 -- цилиндрический отросток; 7 -- разрывная лента; 8 -- мешки с балластом; 9 -- гайдроп.
Интересно, что весовая сводка для данного аэростата очень близка к таковой для четырехместного спортивного самолета с двигателем мощностью около 250 л. с.; конструкция такого самолета будет весить около 400 кГ, двигатель и топливо -- 500-600 кГ и полезная нагрузка -- 400 кГ.
Управление свободным аэростатом сравнительно несложное. Средствами управления являются клапан в куполе оболочки для выпуска порций газа с целью уменьшения подъемной силы и балластные мешки в корзине, служащие для облегчения аэростата. Таким образом, аэростат управляется только путем изменения разности между подъемной силой и весом: чтобы преобладала подъемная сила, нужно уменьшить вес, сбросив некоторое количество балласта; чтобы преобладал вес, нужно выпустить порцию газа, приоткрыв клапан на несколько секунд.
Сферический аэростат неустойчив в отношении высоты полета при нормальном состоянии тропосферы. Взлет происходит при некотором избытке подъемной силы. Если оболочка была не полностью занята газом (водородом или светильным газом), то по мере подъема подъемная сила остается неизменной, так как хотя плотность газа убывает, но его объем соответственно увеличивается. Когда же газ целиком заполнит оболочку, дальнейший подъем вызовет истечение газа из нижнего отверстия -- аппендикса, и подъемная сила станет уменьшаться.
На некоторой высоте наступит равновесие между подъемной силой и весом, но это равновесие неустойчиво. Если подъемная сила окажется мала, аэростат пойдет вниз и равновесие не восстановится, пока недостаток подъемной силы не будет компенсирован сбрасыванием балласта. Если балласта выброшено больше чем нужно, аэростат будет подниматься до остановки, за которой опять последует снижение. Потеря газа происходит вследствие пропускания газа оболочкой; причиной изменения подъемной силы может быть нагревание газа солнцем. В случае инверсии температуры, т. е. повышения ее с высотой, устойчивость аэростата улучшается.
Время полета аэростата зависит от запаса балласта и интенсивности его расходования. У неопытного пилота амплитуда изменений высоты будет большая и расход балласта повышенный; опытный пилот как бы предугадывает предстоящее движение и предотвращает нарушения высоты. С другой стороны, нужно уметь использовать атмосферные условия и, в первую очередь, направление ветра, которое может меняться с высотой. У дирижабля оболочка сохраняет постоянство объема в результате подкачки воздуха в специальный воздушный мешок -баллонет -- и поддержания некоторого избыточного давления. В этих условиях высота полета устойчива, но зато возможности изменения высоты ограничены.
Полет на свободном аэростате спокоен и приятен. Единственной опасностью в полете являются грозовые разряды, от которых может загореться газ или произойти разрыв оболочки. Трудности возникают в основном при посадке. Прежде всего, посадка может произойти в неудобном месте -- аэростат может сесть на лес, болото, в воду. Наличие запаса балласта позволяет в таких случаях подняться вновь и искать более удобного места для посадки. Если аэростат быстро снижается, а запас балласта мал, то посадка произойдет с ударом, для смягчения которого служит гайдроп, т. е. тяжелый канат, свисающий вниз и дающий эффект облегчения. Наиболее опасна посадка при сильном ветре и наличии в районе посадки деревьев, строений и, особенно, высоковольтных линий. Во время посадки при сильном ветре стараются возможно скорее выпустить газ на небольшой высоте, для чего служит специальное разрывное приспособление.
Воздухоплавательный спорт, который одно время был достаточно широко развит, теперь почти прекратил свое существование. Причин для этого много, но основная причина заключается в возросшей опасности столкновения с самолетами и в обилии высоковольтных линий. Как известно, в последние годы свободные аэростаты были усовершенствованы применением легких и непроницаемых для газа оболочек из пластмасс и применением автоматических устройств для обеспечения устойчивости полета. Еще раньше в Советском Союзе были разработаны герметические кабины, обеспечивающие полет на очень больших высотах.
П. Н. Нестеров совершил несколько полетов на свободном аэростате. Один из полетов был довольно длительный -- за 13 час было пройдено около 800 км.
НА УЧЕБНОМ САМОЛЕТЕ
Занимаясь в воздухоплавательной школе, П. Н. Нестеров стремился перейти к полетам на самолетах. Сначала он получил разрешение заниматься в авиационном отделе школы, а затем перешел окончательно в это отделение для обучения полетам.
В те годы для обучения полетам применялись два типа самолетов: двухместный биплан "Фарман-4" и одноместный моноплан "Блерио-XI". В период 1909-- 1912 гг. это были два самых популярных самолета. В соответствии с этим существовали и две методики обучения: школа Блерио и школа Фармана. В России применялась в основном методика Фармана. Остановимся подробнее на самолете "Фарман-4", на котором учился летать П. Н. Нестеров.
