Воздухоплавание
Аэродинамика
Первая теоретическая работа «К вопросу о летании посредством крыльев» была создана К. Э. Циолковским в 1890—1891 годах. В науке того времени для расчётов силы давления потока воздуха на плоскую пластинку использовалась ударная формула Ньютона. Выведя свою формулу, Циолковский обратился к работам по экспериментальной аэродинамике, и в 1897 году построил своими силами аэродинамическую трубу открытого типа, конструкция которой была разработана Х. Максимом. Все свои опыты он проводил с вращающимися пластинками, тогда как разработанная им теория была посвящена пластинке, не изменяющей своё положение по отношению к вектору скорости воздушного потока. В начале 1900 года на средства Академии наук Циолковский смог начать аэродинамические эксперименты в неслыханном ранее объёме. Он наглядно продемонстрировал необходимость широких и всесторонних экспериментальных исследований в аэродинамических трубах. Несмотря на неадекватность теоретической базы ему удалось показать, что сопротивление дирижабля будет меньше, если его носовая часть будет не конической, а сферической, что кормовая часть оказывает большое влияние на величину этого сопротивления, попытался оценить величину трения для этого аппарата. Он опроверг бытовавшее в то время мнение (и практику) о возможности вычислять сопротивление кривых поверхностей как суммарное от воображаемых наклонных пластинок. Тем не менее, М. А. Рыкачёв не рекомендовал описания экспериментов Циолковского к опубликованию в академической печати, поскольку тот не мог предоставить записей параметров атмосферы во время проведения опытов, а также результаты всех экспериментов, включая неудачные, для оценки достоверности выводов. Такой информации предоставлено быть не могло — опыты ставились «на глазок». Г. М. Салахутдинов отмечал, что отчёт Циолковского следовало опубликовать в учёных трудах Императорской академии наук с предисловием М. А. Рыкачёва, в котором бы отмечались недостатки методологии исследования, однако Рыкачёв и Н. Е. Жуковский дискредитировали труды калужского учителя. Николай Егорович Жуковский, которому работа Циолковского была направлена, попросту её потерял[124]. Таким образом, по оценке Г. Салахутдинова, вклад К. Циолковского в аэродинамику был не когнитивным, а социальным: он показал на необходимость аэродинамических экспериментов и сделал ряд выводов о качественных аспектах сопряжения различных тел с набегающим потоком воздуха[
Схема аэродинамической трубы Циолковского
 
Аэроплан и цельнометаллический дирижабль
Статья «Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная машина» увидела свет в журнале «Наука и жизнь» в 1894 году, а доработанный её вариант был опубликован годом позже в виде брошюры. Рецензент — инженер В. М. Катышев, в 1895 году указывал, что Циолковский использовал для расчёта подъёмной силы неверную формулу, из-за которой расчётная нагрузка на мощность двигателя составила у него 4,5 кг/л. с., в то время как у других исследователей эта цифра достигала 28 кг/л. с. Из-за неверности исходной формулы Циолковский недооценил влияние удлинения крыла на величину подъёмной силы. Г. Салахутдинов отмечал, что Циолковский ввёл в свою статью научно-фантастическую идею об уменьшении плотности материалов крыльев аэроплана. Проект его являлся умозрительным, вдобавок, К. Э. Циолковский даже накануне кончины в 1935 году считал самолёты неконкурентоспособными по сравнению с дирижаблями. Также в начале 1930-х годов он размышлял о воздушно-реактивных двигателях, но его проект (так и оставшийся на уровне идеи) являлся экзотическим: полёт аэроплана на большой высоте будет происходить под воздействием реактивной силы выхлопных газов поршневых двигателей, вытекающих через сопла. В рукописи «Звездоплавателям» была высказана идея охлаждения камеры сгорания ракетного двигателя передачей тепла к срезу сопла.
Разработкой проекта управляемого цельнометаллического аэростата Циолковский занимался начиная с 1890 года. Выведенная К. Э. Циолковским формула подъёмной силы дирижабля привела его к выводу, что при увеличении барометрического давления, аэростат, вытесняя тот же объём более тяжёлого воздуха, должен подниматься и, наоборот, снижаться при падении давления. Из этого вытекала идея цельнометаллического дирижабля с изменяющимся объёмом: при снижении атмосферного давления оболочка дирижабля должна раздвинуться под влиянием давления подъёмного газа, а при его повышении, наоборот, сжаться; конструктивно оболочка должна быть подобна мехам гармони. Чтобы избежать влияния колебаний атмосферной температуры, изобретатель предлагал для улучшения управляемости снарядом по высоте нагревать рабочее тело — подъёмный газ — используя тепло двигателей. Длительная история заинтересовать проектом научное сообщество закончилась категорическим заключением Н. Е. Жуковского, что этот проект суть чистая фантазия; самого Циолковского в печати стали именовать «лжеучёным и псевдоизобретателем». Несмотря на попытки заинтересовать военных, и в Советском Союзе к началу 1930-х годов бесперспективность дирижабля Циолковского была неоднократно показана как теоретиками, так и при попытке организовать особый отдел Дирижаблестроя. Идея подогрева несущего газа являлась центральной в проекте Циолковского, поскольку согласно его замыслу, аэростат являлся «снарядом» не легче, а тяжелее воздуха. По собственным его расчётам, груз и пассажиры занимали 20 % полной массы дирижабля, для достижения подъёмной силы следовало нагреть газ на 26°С. По расчётам Г. Салахутдинова, нагрев должен был составить не менее 80°С, при этом изобретатель вообще не учёл теплообмен между оболочкой дирижабля и набегающим потоком воздуха при движении в атмосфере. Специалисты и до революции, и после неоднократно указывали Циолковскому на теоретическую непроработанность его проекта. Даже Д. И. Менделеев, после ознакомления с идеей раздвижной оболочки, признал её непрактичной.
Попытки создания модели подобной оболочки в Дирижаблестрое 1930-х годов показали, что гофрированная поверхность могла увеличить аэродинамическое сопротивление максимум в 16 раз, что могло снизить скорость в четыре раза. Также Г. Салахутдинов указывал, что задуманная Циолковским раздвижная конструкция могла вызвать прочностные проблемы при высоте полёта всего в 1 км, вдобавок, они могли ухудшить продольное управление движением. Расчёты также показали что отношение массы топлива и экипажа к полной массе дирижабля у этого аппарата было вдвое меньше, чем у существовавших в то время конструкций аэростатов[130].
В 1893 году статья Циолковского «Возможен ли металлический аэростат?» была переведена на французский язык; в следующем году изобретатель отправил проволочную модель дирижабля и труд «Аэростат металлический управляемый» во французскую Академию наук с целью заинтересовать иностранных учёных. Обращение осталось без ответа. Много лет спустя, в 1927 году, Циолковский обратился в фирму «Форд Мотор Ко», передав несколько брошюр о своём проекте дирижабля. Он получил отрицательный ответ, хотя ему написали: «… Мы прочитали Ваши брошюры по вопросу конструирования воздушных кораблей из металла, переданные нам Фордовской Моторной компанией, и высоко оцениваем возможность изучить предлагаемую Вами конструкцию». С этим письмом были возвращены и отправленные брошюры
 |
Скачать 356.27 Kb.