Прыжки с парашютом. Псурцев, П. А. Прыжки с парашютом
 Скачать 6.87 Mb.
|
|
ПЕРВЫЕ ПРОЕКТЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ Роджер Бэкон. Известно, что в середине XIII в. английский ученый Роджер Бэкон высказал идею о возможности создания летательной машины с машущими крыльями (орнитоптера). В своем труде «О тайных вещах в искусстве и природе» Бэкон писал: «Можно построить машины, сидя в которых человек, вращая приспособление, приводящее в движение искусственные крылья, заставлял бы ударять их по воздуху, подобно птичьим». Он высказал мысль о возможности опираться на воздух при помощи вогнутой поверхности, по сути сформулировав принцип парашюта. Леонардо да Винчи. Одним из любимых трудов Леонардо да Винчи была работа по созданию летательной машины. Первоначально он хотел сконструировать устройство, которое позволило бы человеку в точности воспроизвести движения, выполняемые птицей в полете. Для этого ученый рассматривал строение крыльев и подолгу наблюдал за фазами движения птиц в воздухе, улавливая мельчайшие оттенки полета и делая множество рисунков и записей. Его исследования поражают своей глубиной. Так, его анализ планирующего спуска птицы немногим отличается от анализа, данного позднее известным русским ученым, профессором Н.Е. Жуковским. Леонардо да Винчи детально проработал несколько типов орнитоптеров — с лежачим положением летчика, орнитоптер-лодку, с горизонтальным положением летчика... В результате тщательного изучения механизма полета птиц ученый пришел к верной мысли о том, что основная тяга создается концевыми частями крыла. Видимо, поэтому возник проект орнитоптера с крылом, состоящим из двух шар-нирно соединенных частей — взмахи должны были осуществляться подвижными законцовками крыльев. Помимо машущего полета Леонардо да Винчи тщательно изучил движение с неподвижно распростертыми крыльями, то есть такие режимы полета птиц, как парение и планирование. (Планированием в авиации называют полет со снижением не круче 20 градусов к горизонтали. Парением считают полет с использованием восходящих атмосферных потоков для сохранения или увеличения высоты подъема.) По мнению исследователей его творчества, в последние годы жизни ученый думал о создании нового типа летательного аппарата — для полетов в восходящих потоках воздуха. Он начал понимать, что человек не сможет удержать себя в воздухе взмахами крыльев, и пришел к выводу, что не человек должен отталкиваться от воздуха, а ветер, двигающийся навстречу, должен ударять в крылья и нести их, так что пилоту останется только балансировать. «Не нужно много силы, чтобь поддерживать себя и балансировать на своих крылья> и направлять их на путь ветров и управлять своим курсом, для этого достаточно небольших движений крыльями», — писал он в 1505 г. Среди других конструкций Леонардо предложил первый проект вертолета. В «Атлантическом кодексе» Леонардо да Винчи поместил описание и рисунок устройства для спуска с высоты: «Когда у человека есть шатер из прокрахмаленного полотна, шириною в 12 локтей и вышиною в 12, он сможет бросаться с любой большой высоты без опасности для себя». Подробное описание этого проекта хранится в Милане и относится к 1483-1518 гг. В рукописи, хранящейся в Институте Франции в Париже, содержится рисунок, датируемый 1510—1515 гг. На рисунке (рис. 96), изображен человек, спустя кающийся при помощи плоской поверхности Рис. 96. Схема управляемого парашюта Рис. 97. Рисунок парашюта из книги Фаусто Веранчио. и указан способ управления спуском: «Этот (человек) будет двигаться направо, если он согнет правую руку и распрямит левую; и будет затем двигаться спра- ва налево при перемене положения рук». По сути, это проект примитивного управляемого парашюта. Фаусто Веранчио. Вначале XVII в. житель Венеции Фаусто Веранчио опубликовал свой проект парашюта. В книге «Machine novae» («Новые машины») среди различных технических устройств он описал и изобразил парашют с квадратным куполом (рис. 97). В пояснении к схеме он написал: «Нужно взять четырехугольный парус и натянуть его между четырьмя На рисунке видна латинская надпись: «homo volans» — «человек летающий» Леонардо да Винчи планками, к которым привязаны веревки. Затем человек должен привязаться к этим веревкам, свисающим с каждого угла, и тогда без риска он сможет опуститься вниз. Размер паруса надо согласовать с весом человека». Некоторые историки считают, что ученый изготовил такой парашют и прыгнул с ним в 1617 г. с небольшой башни. НАЧАЛО ЭРЫ ВОЗДУХОПЛАВАНИЯ (конец XVIII века) Отсчет начала эры воздухоплавания принято вести с запуска шара братьев Монгольфье. Однако некоторые историки полагают, что опыт запуска воздушного шара и подъема человека состоялся значительно раньше (возможно, это было в Португалии и России в начале XVIII в). Кроме того, есть основания предполагать, что в древнем государстве инков могли осуществляться подобные полеты. Еще в Средние века была известна способность горячего воздуха поднимать легкие тела и возникали идеи использовать его для подъема человека. А в конце XVIII в. произошли новые открытия: в 1766 г. Генри Кавендиш открыл «флогистон», позже названный французским химиком Лавуазье водородом, газ, который в 14 раз легче воздуха. В 1781 г. итальянский физик Кавалло проводил опыты с водородом, но ему удалось добиться поднятия только мыльных пузырей, Братья Монгольфье — Жозеф Мишель и Жак Этьен с 1782 г. увлеклись аэростатическими опытами. Сначала они пытались наполнять бумажные мешки водяным паром (по аналогии с плавающими в воздухе облаками). Но оболочки с паром оказались слишком тяжелыми, к тому же пар быстро конденсировался. Узнав о свойствах водорода, братья попытались использовать его в своих экспериментах, но успеха не достигли, так как летучий газ легко просачивался сквозь бумагу и шелк. К тому же водород был дорог. И братья приступили к опытам с дымом. Сжигая разные материалы, они остановились на смеси шерсти с мокрой соломой. Испытания оказались удачными. Тогда Монгольфье изготовили большой шар диаметром 11,5 м. И вот 5 июня 1783 г. в городке Анноне братья провели первую публичную демонстрацию своего аппарата. Монгольфьер (так с тех пор стали называть шары, наполненные горячим воздухом) взмыл в небо, вызвав ликование зрителей, и оставался в воздухе около 10 минут. На месте падения шара составили протокол и отправили его в Парижскую академию наук. По поручению Академии наук парижский профессор физики Жан Александр Шарль тоже занялся постройкой воздушного шара. Ему не была известна ни конструкция шара Монгольфье, ни газ, который они использовали. Шарль разработал аэростат иной системы. Для создания подъемной силы он решил использовать водород. Однако сначала надо было найти подходящий материал для оболочки. Это удалось не сразу: все используемые ранее ткани или были слишком тяжелы, или пропускали водород. В конце концов ученый решил сделать оболочку из шелка, пропитанного каучуком. В строительстве аэростата Шарлю помогали искусные механики братья Робер. Итак, оболочку диаметром 3,6 м изготовили из прорезиненного шелка. Внизу она оканчивалась шлангом с клапаном, через который ее предстояло наполнить водородом (рис. 98). Получение водорода само по себе было непростой задачей. Для этого Шарль придумал такой способ: в бочку положили железные опилки, налили на них воды; в крышке бочки просверлили два отверстия — в одно через воронку вливали серную кислоту, а другое соединили с шаром при помощи трубки с краном — по ней выде-ляющийся при реакции рис 98 Получение водорода подавался и наполнение первого водородного шара На четвертый день работы этой установки шар был наполнен; на это было израсходовано 490 кг железных опилок и 240 кг серной кислоты. 27 августа 1783 г. на Марсовом поле состоялся запуск первого шарльера (так стали называть шары, наполненные легкими газами — водородом, гелием или светильным газом). Шар стремительно взмыл вверх и через несколько минут поднялся выше облаков. На высоте около 1 км его оболочка лопнула от расширившегося водорода и упала в окрестностях Парижа. Тем временем братья Монгольфье строили новый воздушный шар. Молодой физик Пилатр де Розье предложил им свои услуги и далее сотрудничал с ними. Он хотел подняться на шаре, но такой полет сочли слишком опасным: вдруг человек задохнется на высоте от недостатка воздуха? Поэтому решено было сначала проверить это на животных. 19 сентября того же года в Версале на глазах короля и толпы зрителей братья Монгольфье запустили воздушный шар диаметром 12,3 м. К шару была привязана закрытая ивовая корзина, в которую посадили первых воздухоплавателей — барана, утку и петуха. Через 10 минут пролета шар плавно опустился на землю. На новый строящийся монгольфьер король Людовик XVI предложил посадить двух преступников, приговоренных к смерти. Но Пилатр де Розье заявил, что «люди, выброшенные из пределов общества» не достойны чести быть первыми аэронавтами, и предложил свою кандидатуру. В конце концов ему удалось добиться разрешения на полет. Новый шар (высотой 22,5 м, диаметром 15 м) имел важное новшество: вокруг его нижнего конца была устроена галерея, сплетенная из ивовых прутьев, — там могли поместиться аэронавты; под нижним отверстием висела на цепях решетчатая жаровня, так что аэро- навты могли поддерживать огонь, используя запас соломы. Сначала было совершено несколько предварительных подъемов с привязными канатами до высоты около 100 м. Наконец 21 ноября 1783 г. все того же года Пилатр де Розье и маркиз д'Арланд совершили первый полет на свободном аэростате. Шар поднялся на высоту около 1000 м, пролетел над Парижем 8 км и опустился в его пригороде через 25 минут. Еще в воздухе от огня в жаровне начала тлеть снизу холщовая оболочка. С трудом потушив горящие места, рискуя оторваться вместе с галереей, аэронавты вылетели за черту города и совершили посадку. Даже на земле они едва спасли шар от пожара (рис. 99). Рис. 99. Первый полет людей на монгольфьере А уже через 9 дней — 1 декабря 1783 г. — Ж. Шарль с одним из братьев Роберов вошли в гондолу, подвешенную под вторым водородным шаром. Изобретатель и его помощник летали два с четвертью часа на высоте 400 м и приземлились в 40 км от места старта. После приземления Шарль продолжил полет один. Облегченный (без Робера) шар взлетел на высоту 3000 м. Через полчаса полета Шарль выпустил часть водорода и мягко приземлился. Выходя из гондолы, он поклялся «никогда больше не подвергать себя опасностям таких путешествий». Аэростат Шарля был совершеннее монгольфьеров. Гондола крепилась не к нижней части оболочки, а к сетке, которая обхватывала оболочку, поэтому нагрузка распределялась более равномерно. По мере подъема аэростата (и соответственно понижения атмосферного давления) водород в оболочке расширя- ется и в итоге может разорвать ее. Чтобы этого не случилось, Шарль оставил открытым отверстие, через которое оболочка наполняется водородом. В верхней части шара был предусмотрен клапан: выпустив через него часть газа, можно было уменьшить подъемную силу и снизиться. Чтобы подняться, из мешков, привязанных к корзине, высыпали песок (балласт). В оснащение шарльера входил якорь: с его помощью шар останавливали и закрепляли. Таким образом, при конструировании своего второго аэростата Шарль придумал почти все снаряжение, которым с тех пор пользуются воздухоплаватели: изобрел веревочную сеть, охватывающую шар и передающую на него весовые нагрузки, клапан и воздушный якорь, первым применил песок в качестве балласта и приспособил барометр для опре- деления высоты. Последующие аэронавты не прибавили ничего принципиально существенного к его модели. Водород используют и по сей день (для метеорологических аэростатов). Он взрывоопасен, однако дешев и обладает наибольшей подъемной силой (1 кубический метр создает подъемную силу 1,2 кг). Гелий, который в 40— 50 раз дороже водорода, создает подъемную силу в 1,05 кг. Нагретый до 100°С воздух имеет подъемную силу всего 0,33 кг. Поэтому монгольфьеры одной грузоподъемности с шарльерами имеют объем в 3—4 раза больше, кроме того, они должны нести топливо для горелки. Большая площадь поверхности монгольфьера способствует огромной потере тепла. Пример первых воздухоплавателей вдохновил многих: в странах Европы энтузиасты стали строить аэростаты и отважно подниматься на них в воздух. Так, в январе 1785 г. аэронавт Бланшар перелетел через Ла-Манш из Англии во Францию, открыв эру воздушных путешествий. ПЕРВЫЕ ПАРАШЮТЫ ДЛЯ ВОЗДУХОПЛАВАТЕЛЕЙ Еще задолго до изобретения воздушного шара Жо-зеф Монгольфье занимался конструированием такого аппарата, который мог бы безопасно опустить человека с высоты. Он увлек идеей спасательного парашюта своего брата Этьена. После расчетов сопротивления воздуха и предварительных опытов был изготовлен парашют, с которым Жозеф бросился вниз с крыши родительского дома. Несмотря на удачное приземление, его близкие потребовали от него обещания никогда больше так не рисковать. Это произошло в 1777 г. А через два года Жозеф испытал улучшенную конструкцию парашюта. Купол полукруглой формы диаметром 2,5 м при помощи 12 строп соединялся с легкой корзинкой из прутьев. С целью улучшения грузоподъемности к корзине крепились четыре свиных пузыря, наполненных воздухом. Испытателем этого парашюта стал баран, которого посадили в корзину и сбросили с тридцатипятиметровой вышки. Приземление прошло успешно. В 1777 г. состоялось испытание еще одного устройства для спуска с высоты: парижский профессор де Фонтаж изобрел «летающий плащ», состоящий из множества мелких перьев. Изобретатель обратился к судебным властям и попросил для испытания плаща осужденного на казнь человека. Жан Думье, при- говоренный к смерти, согласился выполнить такой прыжок с условием, что если опыт окончится благополучно, то он получит помилование. Вот как описывалось в газетах это событие: «Думье отправился в сопровождении полицейских к парижскому оружейному складу, где его ожидал профессор де Фонтаж. Для наблюдения за опытом собралось много любопытных. Думье влез на крышу оружейного склада. Профессор надел на него плащ, состоящий из бесчисленного множества мелких перышек. «Держите руки горизонтально и старайтесь парить, как птица. Ничего другого от вас не требуется», — сказал профессор де Фонтаж Жану Думье. Думье прыгнул. Ветер отнес его сначала немного в сторону. Публика с удивлением смотрела на парившего в воздухе человека. Внезапно Думье стремительно полетел вниз. Все вскрикнули. Однако, почти достигнув земли, Думье немного задержался и восстановил потерянное равновесие. Он упал на землю совершенно невредимым. Довольный изобретатель вручил Думье кошелек с золотыми монетами». Попытки многих других изобретателей создать «летающие плащи» не имели такого успеха и, как правило, заканчивались печально. В городе Монпелье французский физик Луи Себастьян Ленорман также занимался проблемой без- опасных спусков. Он начал с того, что изготовил два больших зонта диаметром в 1,5 м каждый и привязал спицы шнурами к ручкам зонтов, чтобы они не вывернулись от напора воздуха. С этими зонтами 26 декабря 1783 г. он совершил прыжок с высокого дерева и описал его в письме в академию. Затем физик вернулся к варианту устройства с одним куполом большей площади. Проведя ряд опытов со спуском животных на различных зонтичных устройствах, Ленорман пришел к выводу, что при нагрузке 100 кг для безопасного спуска достаточна поверхность диаметром 4,5 м. Рассчитав величину и форму купола, он сделал сначала модель, а затем устройство в натуральную величину. Это был конусообразный зонт-купол с диаметром основания 4,5 м и высотой 2 м, с твердым каркасом по нижнему краю; купол был сделан из ткани и изнутри оклеен бумагой (для уменьшения воздухопроницаемости). К каркасу крепилось множество шнуров, на которых подвешивалось кольцо с сиденьем для человека. На этом парашюте в декабре 1783 г. Ленорман совершил спуск с башни обсерватории Монпелье (рис. 100). После отделения аппарат плавно опустился на землю на глазах восхищенных зрителей. Ленорман назвал свое устройство «парашют», образовав это название от двух слов: греческого para (против) Рис 1 00 Спуск ленормана на парашюте с башни обсерватории и французского chute (падение), и буквально оно означает — «против падения». Вскоре опытами с парашютами заинтересовался Жан-Пьер Франсуа Бланшар, механик по специальности. (Ранее он изобрел парусную карету и сконструировал орнитоптер, а узнав о полетах на воздушных шарах, занялся воздухоплаванием; он укрепил крылья на гондоле и проводил опыты по управлению полетом аэростата.) Сначала Бланшар изготавливал небольшие модели парашютов и сбрасывал на них с аэростата собак и кошек. А в 1784 г. он построил большой полужесткий парашют со спицами и плоским куполом диаметром 7 м; как и парашют Ленормана, он напоминал огромный распахнутый зонт. Гондола с людьми крепилась не к самому аэростату, а к парашюту; а парашют так соединялся с аэростатом, чтобы можно было легко отцепиться в случае необходимости (рис. 101). 7 января 1785 г. Бланшар с помощником, доктором Джоном Джеф-фрисом, поднялись на аэростате с берега Англии, в окрестностях Дувра, чтобы перелететь через пролив Ла-Манш (около 30 км). Однако на середине пути шар начал заметно опускаться, и воздухоплавателям пришлось выбросить не только балласт, но и почти все вещи, вплоть до сапог и части одежды. Рис. 101. Аэростат Бланшара с парашютом Бланшар уже собирался отрезать корзину, чтобы хоть немого подняться, но в этот момент с берегов Англии потянул теплый ветер, шар поднялся выше и продолжил полет. Путешествие благополучно закончилось в окрестностях города Кале. Таким образом, Бланшару первому удалось пересечь по воздуху пролив Ла-Манш. Парижские газеты назвали героя «Дон Кихотом Ла-Маншским». ПЕРВЫЕ КАТАСТРОФЫ АЭРОСТАТОВ. ПЕРВЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПАРАШЮТОВ Примерно в это же время Пилатр де Розье тоже готовился к перелету через Ла-Манш, только в обратном направлении: из Франции в Англию. Для полета Пилатр де Розье приготовил аэростат особого типа, который объединял в себе две системы: Шарля и Монгольфье (воздухоплаватель назвал его аэромонгольфьером). Под основным шаром, наполненным взрывоопасным водородом, де Розье прикрепил цилиндрический баллон с жаровней. Нагревая воздух в этом баллоне, он рассчитывал регулировать высоту полета. Предполагалось, что жаровня достаточно удалена от водородного шара (высота аппарата составляла 23,3 м). 15 июня 1785 г. Пилатр де Розье со своим другом Ро-мэном поднялись в воздух (рис. 102). Сначала полет проходил благополучно, но затем аэростат неожиданно вспыхнул и рухнул на землю. Воздухоплаватели разбились насмерть. Таким образом, Пилатр де Розье, первым поднявшийся в небо, стал также первой жертвой катастрофы аэростата. Причина аварии неясна. Под впечатлением его гибели воздухоплаватели серьезно задумались над проблемой безопасности полета на таком ненадежном летательном средстве, как воздушный шар. В ноябре 1785 г. во время одного из демонстрационных полетов Бланшар чуть не погиб. На высоте 500 м он хотел выпустить часть газа, чтобы начать снижение, но отказали клапаны. В случае даль- нейшего подъема шара возникала угроза разрыва оболочки, поэтому Бланшар решил аккуратно пробить ее шестом. Однако пробоина оказалась слишком большой: шар потерял так много газа, что спуск перешел в стремительное падение. Блан-шару оставалось только довериться парашюту. Он быстро выбросил балласт и отцепил стропы, соединявшие корзину с шаром. Приземление прошло благополучно — это был первый случай спасения при аварии аэростата. Постепенно идея парашюта приобрела широкую известность. Иногда парашюты применяли в не совсем обычных обстоятельствах. Например, неоднократно их использовали во время французской революции для побегов из тюрем. Известен случай, когда в плен к англичанам попали два революционера — комиссар Северной армии Друе и инспектор той же армии Анд-ре-Жак Гарнерен. Они были переданы австрийцам и заключены в разные крепости (в 1794 г.). Друе сделал из нескольких простыней «парашют» и однажды ночью Рис. 102. Аэромонгольфьер Пилатра де Розье, потерпевший катастрофу 15 июня 1785 г. спрыгнул с высокой стены крепости, однако, хотя парашют и ослабил удар, Друе все-таки сломал ногу и был возвращен в тюрьму. Гарнерен тоже собирался бежать при помощи парашюта, но его приготовления были замечены, и почти готовый парашют отобрали. , Замечательно то, что после освобождения из заточения и возвращения в Париж Гарнерен стал профессиональным воздухоплавателем и разработал и испытал свой собственный парашют (рис. 103). Он первым использовал парашют не для спасения, а для совершения демонстрационного прыжка. Его современник так описал это событие: «22 октября 1797 года, в 5 часов 28 минут вечера, гражданин Гарнерен поднялся на воздушном шаре в парке Монсо. Мрачная тишина царствовала среди собравшихся, интерес и тревога были написаны на лицах. Достигнув высоты 700 м, он обрезал веревку, соединяющую парашют и корзину с аэростатом; аэростат разорвался, и парашют, под которым был помещен гражданин Гарнерен, стал быстро опускаться. Он так сильно раскачивался, что крик ужаса вырвался у присутствовавших и слабые женщины упали в обморок. Тем временем гражданин Гарнерен, опустившись в поле, сел на лошадь и вернулся в парк Монсо, в гущу бесчисленной толпы, бурно выражавшей свое восхищение талантом и смелостью этого молодого аэронавта». Рис. 103. Первый спуск Гарнерена. Парашют сильно раскачивается Физик Лаланд, наблюдавший маятниковое раскачивание Гарнерена, определил его причину. Чтобы устранить это явление, он предложил в вершине купола сделать отверстие для вытекания уплотняющегося воздуха. Без такого отверстия воздух может вытекать только из-под кромки купола, и это вызывает раскачивание, опасное при подходе к земле. Гарнерен согласился с этим предложением, но дополнил конструкцию, пришив над отверстием метровую трубу (рис. 104). Снижение действительно стало более устойчивым. Позднее Гарнерен понял, что имеет значение лишь отверстие, а труба не нужна. Такое отверстие назвали полюсным. Этот принцип сохранился до настоящего времени на парашютах с круглым куполом. Гарнерен много пры-1 гал с воздушных шаров и ездил с показательными | прыжками по странам | Европы. Н е случайно в то время воздухоплавателей и парашютистов называли «артистами»: их «выступления» собира-| ли толпы зрителей. Сначала Гарнерен прыгал на парашюте полужесткой конструкции, которая | была громоздкой и тяжелой. Но его брат Жан БаТИСТ физик, сконструировал для него парашют иной системы. Рис. 104. Спуск Элизабет Гарнерен на парашют е -верстием и трубой Он освободил его от жесткого каркаса и уменьшил вес парашюта, увеличив при этом его диаметр до 12 м. Мягкий купол был подвешен под шаром, к стропам крепилась корзина воздухоплавателя. Чтобы кромка купола не смыкалась, на 3/4 от его вершины подвешивался обруч из легких прутьев: таким образом, нижний край парашюта оставался приоткрыт, и это облегчало процесс его раскрытия. Чтобы отделиться от шара, надо было перерезать веревку, рис.105 Гарнерен совершил несколько десятков прыжков и обучил этому искусству приемную дочь своего брата Элизабет. Элизабет Гарнерен стала первой парашютисткой-воздухоплавательницей; она продолжила дело своего дяди и выполнила около 50 прыжков, в том числе на воду. Усовершенствованный соединявшую купол, парашют Гарнерена: подвешенный С шаром (рис 105) к аэростату парашют (справа) и парашют в полете РАЗВИТИЕ ПАРАШЮТНОЙ ТЕХНИКИ В XIX ВЕКЕ В последующие лет сто в конструкцию парашюта нб вносилось существенных изменений. Например, только в 1880 году парашют перестал быть соединительным звеном между аэростатом и гондолой: купол парашута тали прикреплять к оболочке сбоку. Очень медленное развитие парашютной техники можно объяснить тем, что ей занимались только «артисты-парашютисты» или организаторы воздушных выступлений, которые вовсе не стремились раскрывать свои секреты «конкурентам»; к тому же возможности обмена информацией в то время были ограниченны. Однако и в этот период продолжали возникать разнообразные идеи усовершенствования парашютов. Вот некоторые примеры. |