Геликоптер Ломоносова | ТМ 1940-05

К. ВЕЙГЕЛИН

Мало кому известно, что ещё в середине XVIII в. великий русский учёный Ломоносов пытался создать лётную машину, которая могла бы подниматься в воздух с помощью винтов, вращающихся на вертикальной оси. Эти замечательные опыты были связаны с наблюдениями над плотностью воздуха, которые были сделаны Ломоносовым ещё в 1739—1740 гг., во время заграничной командировки.

Изучая ж Германии горное дело и знакомясь с саксонскими рудниками, Ломоносов обратил внимание на то, что свободный воздух в подземных шахтах и штольнях циркулирует в разных направлениях, в зависимости от наружной температуры. Зимой воздух идёт в одну сторону, летом в обратную.

Вернувшись в Россию, Ломоносов проверил правильность своих наблюдений по трудам знаменитого немецкого геолога Агриколы, а затем обосновал подмеченное явление «математическим порядком». При этом Ломоносов применил гидростатический закон о равновесии жидкостей в сообщающихся сосудах.

Чтобы понять замеченное Ломоносовым явление, представим себе подземную галерею, у которой один выход на поверхность расположен по склону ниже, чем другой. Летом воздух в подземной галерее холоднее, а, следовательно, плотнее, чем снаружи. Этот более плотный воздух будет как бы «выливаться» через нижний выход, а на его место через верхний выход станет втягиваться более тёплый наружный воздух. Поток воздуха в шахтах будет происходить от верхнего выхода к нижнему.

Зимой воздушный поток станет циркулировать в обратном направлении, так как воздух под землёй будет более тёплым, а, следовательно, менее плотным, чем снаружи. Он будет стремиться уходить через верхние выходы, а через нижние в рудники начнёт поступать холодный наружный воздух.

Своё исследование «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном» Ломоносов доложил на конференции Академии наук 21 января 1745 г. Через два года этот доклад был опубликован на латинском языке.

Этими схемами Ломоносов иллюстрировал своё исследование «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном». Воздух в шахтах будет находиться в покое только тогда, когда его плотность, а, следовательно, и температура не будут отличаться от температуры и плотности наружного воздуха. Зимой в шахте наружный воздух плотнее внутреннего. Столб воздуха \(PH\), изображённый на верхнем рисунке, окажется тяжелее, чем столб \(GK\), и поэтому тяга пойдёт по направлению, указанному стрелкой. По этой же причине столб воздуха \(LA\) (нижний рисунок) окажется зимой тяжелее, чем столб воздуха \(GD\), и потому тяга пойдёт в направления \(A-B-E-G\). Летом, когда наружный воздух теплее и легче внутреннего, воздушный поток в шахтах будет циркулировать в обратном направлении.

В дальнейшем, занявшись метеорологией, молодой учёный производил многократные наблюдения над весом воздуха в зависимости от его температуры. После длительных исследований он пришёл к выводу, что и в атмосфере постоянно происходят погружение холодных воздушных масс и восхождение тёплых. Об этом заключении он впервые говорил в Академии наук весной 1751 г. при докладе о северных сияниях.

Ещё подробнее Ломоносов развил свою теорию осенью 1753 г., после трагической гибели его друга, профессора Рихмана, убитого грозовым разрядом при исследовании атмосферного электричества. Ломоносов объяснил происхождение атмосферного электричества тем, что в восходящих и нисходящих потоках воздуха происходит трение мельчайших инородных частиц и паров. Эта смелая теория была доложена автором на торжественном собрании Академии наук 26 ноября 1753 г. в «Слове о явлениях воздушных, от електрической силы происходящих». Вначале теория Ломоносова не получила полного признания. Для её лучшего обоснования он задумал проделать новые опыты и обследовать состояние воздуха на различных высотах от земли.

Ломоносов задаётся целью построить механическое приспособление, способное поднимать с земли на большую или меньшую высоту самопишущие метеорологические приборы. Он думает создать такой аппарат по аналогии с теми «воздушными ветрогонными машинами», т. е. вентиляторами, действие которых было ему хорошо известно по работе в рудниках. Лопасти «ветрогонной машины» дают мощную горизонтальную струю, проветривающую длинные шахты и штольни. Если подобную машину расположить так, чтобы поток воздуха был направлен вертикально вниз, обязательно должна получиться подъёмная сила. Вопрос лишь в том, сможет ли эта подъёмная сила преодолеть вес самой «машинки», да ещё с некоторой добавочной нагрузкой.

Так у Ломоносова родилась мысль построить лётный аппарат, называемый ныне — со второй половины XIX в. — геликоптером.

*

Начиная испытания, Ломоносов обнаруживает исключительную находчивость и сноровку. В этой области он не мог опираться на чей-либо опыт. Даже принцип геликоптера никем не был опубликован раньше. Много позднее, уже в XIX в., в рукописях гениального Леонардо да-Винчи был найден эскиз лётной машины с одним архимедовым винтом на вертикальной оси, но Ломоносов не мог знать об этом проекте. А о том, чтобы кто-нибудь до середины XVIII в. пытался на практике построить геликоптер, нам ничего не известно и поныне. Таким образом, самостоятельно найдя принцип, Ломоносов должен был так же самостоятельно, без всякого опыта предшественников найти и техническое решение новой идеи.

Механизм Ломоносова был назван «аэродромической машинкой» (т. е. воздухобежной: от латинских слов «aero» — воздух и «dromos» — бег). Две крылатки вращались в горизонтальной плоскости от стальной скрученной пружины. Изогнутые лопасти крылаток, отбрасывая воздух вниз, создавали тягу вверх. В геликоптере необходимы именно два таких воздушных винта, так как при одном сама «машинка» в силу отдачи начинает вращаться в обратную сторону и теряет устойчивость. Но если взять две «вращалки» и пустить их в разные стороны, то их реактивные силы будут взаимно уничтожаться. Ломоносов впервые решил этот вопрос именно так, как он решается и в современных геликоптерах.

Ломоносов придумывает остроумный способ для того, чтобы испытывать свою «аэродромическую машинку». Он устанавливает под потолком два блока, через которые перекинута верёвка. На одном конце верёвки подвешивается «машинка», а на другом противовес — чашка с гирьками. При спуске заведённой пружины крылатки начинают вращаться и увлекают «машинку» вверх, отчего противовес опускается. Для того чтобы восстановить равновесие, надо снять с чашки одну или несколько гирек. Ясно, что вес снятой нагрузки будет определять величину подъёмной силы, развиваемой крылатками. Ломоносов предвосхитил тот метод испытания моделей с машущими или вращающимися крыльями, которым много позднее, в XIX в., пользовались почти все авиаизобретатели!

Так Ломоносов производил испытания своей «аэродромической машинки». «Машинка» изображена условно, на основании сохранившихся о ней очень скудных сведений.

Испытания машины с машущими крыльями, производившиеся знаменитым исследователем Отто Лилиенталем в 1867 г. Как видно по этому рисунку, сделанному самим изобретателем, Лилиенталь применял тот же метод испытания, какой был предугадан Ломоносовым.

По признанию Ломоносова, его «машинка» облегчалась в весе всего на два золотника. Учёный вносил в конструкцию всевозможные изменения: усиливал пружину, облегчал коробку, вмещавшую пружину, разводил крылатки подальше одну от другой, заметив, очевидно, что при близком соседстве их работа менее эффективна. Однако добиться успеха не удалось. «Машинка» не могла поднять себя в воздух. Опыты, продолжавшиеся в течение всего 1754 г., были прекращены.

Попытки Ломоносова, конечно, и не могли увенчаться успехом. Стальные пружины не в состоянии обеспечить взлёт геликоптерной модели с метеоприборами, даже самыми лёгкими по весу. Это было убедительно доказано всем последующим опытом.

Многочисленные модели геликоптеров, построенные различными изобретателями и XVIII, и XIX вв.. не имели никакого практического значения. Лучшие из них с трудом отрывали себя от земли. Спустя тридцать лет после работ Ломоносова в воздух поднялись первые воздушные шары братьев Монгольфье и проф. Шарля. Этими аэростатами стали с успехом пользоваться для метеорологических целей.

Сам Ломоносов, легко примирившись с неудачей своих «аэродромических» поисков, отнюдь не собирался отказываться от работ в области метеорологии, которым придавал очень серьёзное, значение в народнохозяйственной жизни. В этой области он оказался новатором мирового масштаба и дал немало передовых и оригинальных теорий. Ломоносов указывал на необходимость международного объединения метеорологических работ и выступал с проектом устройства постоянных станций, оборудованных самопишущими приборами. Эти мысли на сто лет опередили действительность: только во второй половине XIX в. была создана постоянная международная метеослужба.

Что же касается геликоптеров, то эта идея Ломоносова была осуществлена много позднее. Только в самые последние годы появились геликоптеры, имеющие практическое значение. Эти машины, снабжённые мощными современными моторами и поднимающие людей на значительную высоту, конечно, непохожи на первую «аэродромичеекую машинку», которую пытался построить Ломоносов. Тем не менее его работы над проблемой летания представляют огромный интерес. Ломоносов самостоятельно нашёл совершенно правильное принципиальное решение этой проблемы. В своих работах, пусть неудачных, он сумел придумать такие схемы и применить такие приёмы испытания, которые позже сделались общеупотребительными. Это ярко иллюстрирует блестящие научно-технические дарования великого русского учёного.