«Мамонты» шагают в будущее

Аэростат Менье мог лететь только по ветру. Перпендикулярные ветру перемещения аэростата Менье намеревался осуществлять при помощи «винтообразных весел», приводимых в движение силою экипажа. Такой маневр, по мнению автора, позволил бы аэростату выбирать наиболее благоприятное направление ветра.

Проект Менье вряд ли можно было осуществить, хотя бы только потому, что для постройки требовались громадные средства. Но сам проект оказал большое влияние на развитие конструкторской и изобретательской мысли. И многие последующие энтузиасты воздухоплавания в своей работе исходили из идей Менье.

Одной из первых рациональных и строго научных попыток осуществить управление аэростатом является работа французского инженера Анри Жиффара.

Анри Жиффар родился в Париже в 1825 году. С самого раннего детства он увлекался механикой, строил действующие модели водяных и ветряных мельниц и другие механические игрушки. Влечение к технике было настолько сильным, что, окончив Бурбонский колледж, он поступил простым рабочим в механические мастерские Сен-Жерменской железной дороги.

Там заметили пытливого и способного юношу. Вскоре он стал машинистом паровоза.

Но трудная практическая работа железнодорожника не ослабила интереса Жиффара к науке. Терпеливо и упорно он изучал теоретические труды по физике, механике и другим наукам. Он приобрел обширные и глубокие знания, очень плодотворно проявившиеся впоследствии.

В девятнадцать лет Анри заинтересовался воздухоплаванием. Ему удалось несколько раз подняться в воздух на аэростате воздухоплавателя Годара.

Ясно понимая, что мускульной силой человеку с воздушной стихией не справиться, молодой изобретатель взял привилегию (патент) на «применение пара к воздухоплаванию», в которой дал описание изобретенного им управляемого аэростата.

Этот корабль имел форму заостренного с обоих концов веретена длиною 44 метра при наибольшем диаметре 12 метров. Объем его был 2500 кубических метров. При помощи сети из крепких веревок, охватывающей почти всю оболочку, баллон аэростата соединялся с деревянным брусом длиною в 20 метров. К одному концу бруса был прикреплен треугольный парус, выполняющий функцию руля поворота. К этому же брусу подвешивалась деревянная платформа, на которой размещались: паровой котел с машиной и пропеллером, бортовые запасы угля, балласт и сам аэронавт. Котел был вертикальный. Из-за опасности воспламенения газа в оболочке дымовая труба выходила вниз, под платформу. Паровая машина мощностью в 3 лошадиных силы сообщала пропеллеру скорость вращения 110 оборотов в минуту.

Вес распределялся следующим образом:

Аэростат с клапаном — 320 кг

Сетка — 150 кг

Брус, подвесные и якорные канаты и руль — 300 кг

Паровая машина с пустым котлом — 150 кг

Вода и уголь в момент старта — 60 кг

Станок машины, платформа, баки для воды и угля — 420 кг

Гайдроп — 80 кг

Вес аэронавта — 70 кг

Всего: 1550 кг

В распоряжении воздухоплавателя оставалось еще 240 килограммов подъемной силы аэростата, которые предназначались для запасов воды, угля, служивших одновременно и балластом.

Средств на постройку аэростата у Жиффара не было, на помощь ему пришли два молодых инженера Давид и Сиам, которые своим трудом и средствами помогли изобретателю осуществить его проект.

24 сентября 1852 года с парижского ипподрома в присутствии немногочисленной публики Жиффар поднялся в воздух на своем аэростате. Дирижабль довольно хорошо слушался руля и поворачивал в воздухе по воле аэронавта.

Пофыркивала паровая машина, свистел лопастями пропеллер, сообщая дирижаблю скорость 2–3 метра в секунду, то есть 7-10 километров в час. Но ветер в этот день дул со скоростью больше чем 3 метра в секунду и поэтому дирижабль Жиффара не мог идти против ветра. Но это не обескуражило конструктора, так как скорость полета дирижабля была Жиффаром вычислена заранее. Важно было другое: можно управлять аэростатом или нет? И всем присутствующим было ясно, что управлять дирижаблем можно, а скорость его полета зависит только от мощности двигателя.

Через три года Жиффар заканчивает постройку нового дирижабля объемом в 3200 кубических метров с более мощной паровой машиной. В воздух поднялись Жиффар и Габриэль Ион. Несмотря на то, что ветер был сильнее, чем при испытании первого дирижабля, Жиффар поднял до предела давление в котле, и корабль некоторое время противоборствовал ветру. Но аэродинамические свойства формы дирижабля, а также его конструкция были еще недостаточно изучены и аэростат задрал нос кверху. Сетка и подвешенная к ней гондола поползли к корме. Воздухоплаватели не растерялись и открыли газовый клапан, — здесь сказались практические навыки Жиффара, приобретенные как при воздушных полетах с Годаром, так и за время работы паровозным машинистом.

Окутанный клубами дыма и пара дирижабль опустился на землю, и в этот момент из-за большого дифферента на корму оболочка выскользнула из сетки, как дыня из авоськи, и мгновенно исчезла в тучах.

Несмотря на неудачный финиш, воздухоплаватели понимали, что цель близка. Нужно было найти нужную конструкцию корпуса и построить более мощную паровую машину.

В том же 1855 году Жиффар решается проектировать дирижабль объемом 220 000 кубических метров. Дирижабль такого объема начали проектировать в США только в 1963 году. Паровая машина, по расчетам Жиффара, должна была весить 30 тонн и сообщать кораблю скорость 20 метров в секунду, то есть 72 километра в час. Нетрудно подсчитать, что при наполнении водородом оболочки такого исполина полная подъемная сила его была бы около 220 тонн, и он смог бы брать полезный груз весом 60-100 тонн. Обычно для дирижаблей полезная нагрузка лежит в пределах 1/4 — 1/2 полной подъемной силы.

Для осуществления такого грандиозного плана нужны были и огромные средства. Жиффар, имея опыт постройки легких паровых машин, решил заняться их постройкой для сбыта и приобретения денег. Талантливый инженер-изобретатель оказался и неплохим предпринимателем. Машины, построенные им, были тогда самыми лучшими и охотно покупались. Совершенствуя их, Жиффар изобрел питательный насос — инженер, и поныне носящий имя изобретателя.

Одновременно Жиффар работает над проектом своего исполина. Он первый оценил значение для аэростатики геометрического закона, по которому поверхность подобных друг другу тел возрастает не в одинаковой пропорции с ее объемом. С увеличением линейных размеров объем тела растет быстрее, чем его поверхность. Уменьшается расход материала на единицу объема, а следовательно, и вес конструкции, что, в свою очередь, приводит к увеличению полезной нагрузки корабля. Это является одним из показателей, почему выгоднее строить дирижабли больших объемов.

Кроме этого, основную долю воздушного сопротивления занимает трение воздуха об оболочку дирижабля, следовательно, с увеличением объема сила сопротивления на единицу его уменьшается и соответственно требуется меньшая мощность на преодоление этого сопротивления.

Производство и продажа паровых машин вскоре сделали Жиффара богачом, и он смог снова целиком заняться воздухоплаванием.

Для приобретения опыта и средств одновременно он проектирует и строит привязные аэростаты для всемирных выставок. В 1878 году Жиффар создает чудо тогдашней техники — аэростат объемом в 25 000 кубических метров.

Приобретя опыт в проектировании и строительстве воздушных шаров, Жиффар подходит вплотную к проекту дирижабля.

Сознавая все трудности создания исполинского корабля, Жиффар решает построить дирижабль объемом 50 000 кубических метров с паровой машиной, питающейся от двух котлов. В одном котле топливом должен был быть керосин, а в другом — водород из оболочки аэростата. Дело в том, что по мере расхода горючего и воды, а также других корабельных запасов дирижабль становился легче и, вместо того чтобы выпускать получающиеся излишки водорода в атмосферу, лучше сжечь его в котельной топке, а полученный пар направить в паровую машину. Кроме этого, Жиффар предусмотрел в своем проекте конденсатор, чтобы отработанный в машине пар вновь возвращался в котел, как это делается на морских паровых судах.