Первый русский аэроплан — самолет А. Ф. Можайского

Можайский"
Александр Федорович Можайский

 Русские исторические исследователи также, как и иностранные, обошли молчанием деятельность этого замечательного изобретателя. Между тем, по свидетельству известного деятеля воздухоплавательного отдела Русского технического общества проф. Федорова, «Аэроплан Можайского был в России первым, построенным и подвергшимся испытаниям прибором этого типа, предназначенным для поднятия людей»

 

А. Ф. Можайский всю свою сознательную жизнь провел в русском военно-морском флоте и одно время служил на 74-пушечном корабле «Орел» в должности капитан-лейтенанта. Профессия моряка наложила известный отпечаток и на его изобретения. С 1860 года Можайский упорно работал над проблемой аэроплана. Изучал полет птиц и экспериментировал с воздушными змеями, — он искал решения задачи механического полета. По свидетельству профессора Морской академии Ильи Павловича Алымова, Можайский несколько раз поднимался на гигантских воздушных змеях, которые он заставлял буксировать тройкой лошадей, запряженных в телегу. Корабельный инженер Богословский писал — «Можайский еще в 1873 г. пытался проверить свою мысль на практике, но по обстоятельствам, мог исполнить это лишь летом. В наскоро сделанном им аппарате он два раза поднимался в воздух и летал с комфортом. Указанные эксперименты дали возможность изобретателю установить законы равновесия аппарата и сделать необходимые расчеты для его осуществления»

 

В 1877 г. А. Ф. Можайский сконструировал небольшую модель своего аэроплана в виде моноплана с одной несущей плоскостью и корпусом, напоминавшим лодку (рис. 3.1). Поступательное движение аэроплану сообщалось винтами, приводимыми в движение пружиной.

Можайский"
Летающая модель Можайского

 

Модель аэроплана была снабжена рулем управления и небольшими колесами, расположенными под корпусом. Профессор Алымов считал характерной чертой аппарата «чрезвычайно искусное расположение его связей, обеспечивающих ему при большой легкости, полную неизменяемость взаимного расположения его частей».

 

Инженер Богословский, имевший возможность ознакомиться с моделью, так описывает ее испытание: «В нашем присутствии опыт был произведен в большой комнате над маленькою моделью, которая бегала и летала совершенно свободно и опускалась очень плавно; движение происходило и тогда, когда на модель клали кортик, что сравнительно представляет груз весьма значительного размера» [3, 8]. Известный воздухоплаватель Спицын в своем сообщении на собрании Русского технического общества в 1884 г. утверждал, что модель эта летала со скоростью 17 футов (5,2 м) в секунду. Можайский демонстрировал свою модель и на заседании VII воздухоплавательного отдела Русского технического общества.

 

В журнале заседания этого отдела от 31 января 1883 г. осталась следующая запись: «А. Ф. Можайский сделал сообщение о своем летательном приборе и произвел опыты с несколькими моделями винтов. Винты эти приводились в движение часовым механизмом и двигали по полу четырехколесную тележку»

 

 В 1880 г. изобретатель сделал заявку в Департамент торговли и мануфактур о выдаче ему привилегии на воздухоплавательный аппарат.

 

В 1881 г. привилегия была выдана. В ней приводится следующее техническое описание изобретения: «Нижеописанный и изображенный на чертеже воздухолетательный снаряд состоит из следующих главных частей: крыльев, помещенной между ними лодки, хвоста, тележки с колесами, на которую поставлен весь снаряд, машины для вращения винтов и мачт для укрепления крыльев. Крылья снаряда делаются неподвижными. Хвост состоит из плоскостей: горизонтальной и вертикальной; первая может подниматься и опускаться, и предназначается для направления снаряда вверх и вниз, а вторая движется вправо и влево и заставляет снаряд поворачиваться в стороны. Лодка служит для помещения машин, материалов для них, груза и людей.

 

Тележка с колесами, на которую поставлен весь снаряд, прочно прикреплена к лодке и служит для разбега летательного снаряда по земле перед его подъемом, в воздухе же тележка действует как балансир или отвес. При поступательном движении в воздухе винты летательного снаряда, вращаемые машиною, вследствие сопротивления воздуха, приводят снаряд в движение (на рисунке 3,2 а изображен описываемый снаряд в плане, на рисунке 3.2 б — сбоку, а вид сверху представлен на рисунке 3.3). Лодка, имеющая форму обыкновенных лодок, крылья и оба хвоста изготовляются из стальных рам, обтянутых холстом»

 

Можайский"

Рисунок 3.2 – Проект воздухоплавательного снаряда Можайского а – вид сбоку, б- вид сзади

 

Изложенные выше конструктивные принципы были положены Можайским в основу при изготовлении самолета в натуральную величину.

Можайский"

Рисунок 3.3 – Самолет Можайского, вид сверху

 

Аэроплан Можайского (см. рис. 3.2 и 3.3) своими конструктивными формами очень напоминал построенные им модели.

 

К бортам деревянной лодки были прикреплены прямоугольные крылья, несколько выгнутые вверх; деревянные переплеты крыльев были обтянуты шелковой материей желтого цвета, пропитанной лаком, Общая площадь поддерживающих поверхностей моноплана составляла 4000 кв. футов. Три четырехлопастных деревянных винта приводились в движение двумя расположенными в лодке паровыми двигателями суммарной мощностью 30 л. с.

 

Винты были установлены, как показано на чертеже; два винта — в прорезах крыльев против большого двигателя, третий винт — на носу лодки. Этот винт приводился в движение валом меньшего парового двигателя. Винты были покрыты серым лаком. Рулей было два: вертикальный руль и горизонтальный.

 

Общий вес аэроплана составлял 57 пудов (933,7 кг). Отдельные части аэроплана изготовлялись на Балтийском судостроительном заводе. Чтобы поднять в воздух такое сооружение требовался довольно мощный двигатель, который имел бы в то же время незначительный вес на 1 л. с. Можайский хорошо знал, какие успехи сделали судовые паровые машины в военно-морском флоте. Вес паровых машин, еще недавно доходивший до 2,5-4 центнера (ц) на 1 л. с., непрерывно снижался и к началу постройки аэроплана Можайским дошел на быстроходных судах до 0,5 ц на 1 л. с.

 

По расчетам Можайского был нужен двигатель мощностью не менее 14,5 л. с. при незначительном весе на 1 л. с.

 

Понимая, что существующие на данный момент паровые машины слишком тяжелы для применения в качестве двигателя самолёта, Александр Фёдорович Можайский изначально планировал установить на своём аппарате двигатель внутреннего сгорания конструкции Джорджа Брайтона, работающий на жидкой нефти, с электрическим зажиганием от катушки Рисунок 3.3 – Самолет Можайского, вид сверху 50 Румкорфа. Впрыск топлива осуществлялся плунжером, приводимым от кулачка, установленного на коленчатом валу.

 

Однако, убедившись в непригодности тогдашних двигателей внутреннего сгорания для использования на самолёте из-за ещё большего, по сравнению с паровыми машинами, удельного веса, а также низкой надёжности, Можайский принял решение поставить на свой прибор максимально облегченную паровую машину.

 

А. Ф. Можайский решил обратиться с заказом на механический завод Хересгоффа, находившийся в Бристоле (США). В 1880 г. изобретателю удалось добиться от военного министерства командировку в Америку для проектирования и изготовления двигателей для аэроплана, на что ему было ассигновано 2500 рублей. Но в Америке Можайскому не удалось изготовить нужных ему двигателей. В это время в печати появилось сообщение об успехах английской фирмы Арбекер-Хамкенс, известной своими работами над легкими паровыми двигателями системы Хересгоффа.

 

К рассматриваемому времени фирма построила паровую машину мощностью в 4 л. с., которая вместе с котлом весила 22,65 кг. Осведомленность Можайского об успехах этого двигателя на военных миноносцах Америки и Англии побудила изобретателя обратиться к фирме Арбекер (Лондон) с просьбой изготовить для него два двигателя этой системы.

 

Каждый двигатель представлял собой двухцилиндровую паровую машину с вертикальным расположением цилиндров. Машина имела двойное расширение (компаунд-машина), то есть в цилиндр малого диаметра подавался пар высокого давления, откуда попадал во второй цилиндр (большого диаметра), где расширялся ещё раз. Такая схема работы машины позволяла более полно использовать энергию пара и повысить ее коэффициент полезного действия.

 

В мае 1881 г. в журнале «Engineering» были опубликованы чертежи этого парового двигателя и даны его основные характеристики. Конструктивная схема этого двигатели представлена на рисунке 3.4.

 

Больший из этих двигателей имеет цилиндры диаметром 95 мм и 190,7 мм и ход поршней 127 мм; при скорости в 300 об/мин он развивает мощность в 20 л. с. Вес двигателя составлял 47,6 кг. Меньший двигатель имел цилиндры с диаметрами 63,5 мм и 127 мм и ход поршней 88,9 мм. Вес его был равен 28,6 кг, при 450 об/мин он развивает мощность 10 л. с. Двигатели были изготовлены из кованой стали за исключением подшипников, шатунов, крейцкопфов, золотников и насосов, которые сделаны из фосфористой бронзы. Цилиндры с окнами для прохода пара изготовлены из стали. Стандартным профилем являлась очень легкая Т-образная сталь; коленчатые валы и пальцы были пустотелыми. Меньший двигатель посредством кривошипа приводил в движение воздушный насос. Конденсатор состоял из ряда пустотелых решеток

 

Пар для обоих двигателей подавался одним котлом. Котел братьев Хересгофф использовался с некоторыми изменениями, внесенными кон- 51 структором для обеспечения максимальной надежности работы. Он был изготовлен из стали. Наружные размеры его: диаметр 550,8 мм, высота 645 мм, а вес 64,4 кг. Топливом служил керосин. Рабочее давление пара 13,36 кг/см2 .

Можайский"

Рисунок 3.4 – Паровой двигатель аэроплана Можайского

 

Удельный вес паровых машин Можайского вместе с котлом, с конденсатором и сепаратором составил 5,5 кг/л. с. По тем временам такие показатели были весьма высокими.

 

Специальная комиссия, назначенная VII воздухоплавательным отделом Русского технического общества, на своем заседании от 22 февраля 1883 г., под председательством М. А. Рыкачева, рассмотрела проект Можайского. Далее приводится текст из журнала заседания комиссии [3] по рассмотрению проекта летательного прибора А. Ф. Можайского: «Прибор г. Можайского основан на принципе аэроплана. Он состоит из матерчатой плоскости, наклоненной к горизонту под малым углом. Посредине этой плоскости приделана лодка, на колесах. В лодке помещается сильная и легкая паровая машина, приводящая в движение три винта, вращающиеся вокруг осей, расположенных в плоскости аэроплана и параллельных диаметральной плоскости лодки. Все три винта расположены в передней части прибора. В задней части находится руль.

 

Действием винтов прибор сначала покатится по поверхности земли с возрастающею скоростью, причем вследствие сопротивления воздуха на матерчатую плоскость возбуждается подъемная сила; когда скорость движения будет настолько велика, что подъемная сила превзойдет вес прибора, и он отделится от земли, и будет продолжать свое 52 движение в воздухе; с помощью руля прибору можно сообщать желаемое направление вправо, влево, вверх и вниз.

 

По воззрениям г. Можайского, при движении плоскости в воздухе под некоторым углом к направлению движения сопротивление на плоскость по направлению движения относится к сопротивлению по направлению, перпендикулярному к этому движению, как тангенс упомянутого угла. Таким образом, при горизонтальном движении прибора, чем меньше угол между аэропланом и горизонтом, тем большую подъемную силу можно возбудить при той же силе машины. Так, например, при 15° наклона аэроплана к горизонту отношение вертикальной составляющей сопротивления, к горизонтальной равно 3,7.

 

Г-н Можайский заявил, что производимые им опыты над плоскостью, движимою под углом в 15°, дали приблизительно то же отношение между вертикальною и горизонтальною составляющими сопротивления.

 

Опыты эти производились следующим образом: испытуемая плоскость, установленная при помощи оттяжки под углом 15° к горизонту, была привязана к шнуру, продетому через блок, укрепленный на верху стойки, установленной на тележке; к другому концу шнурка прикреплена фунтовая гирька, лежавшая на тележке. Тележка приводилась в быстрое движение, причем, когда скорость тележки достигала определенной величины, плоскость поднималась в воздухе и держалась на высоте блока. При этом фунтовая гирька еще не отделялась от тележки, следовательно, натяжение шнура, равное горизонтальной составляющей сопротивления воздуха на плоскость, не превышало одного фунта, между тем как вес плоскости, равный вертикальной составляющей, был 3,7 фунта. При дальнейшем увеличении скорости гирька отделилась от тележки. Г-н Можайский на основании изложенной теории и приведенного опыта пришел к заключению, что при уклоне плоскости к горизонту в 6° отношение вертикальной составляющей к горизонтальной составляющей равно 9,6. Это отношение и принято, в основание в приборе, устроенном г. Можайским в Красном Селе. Матерчатая плоскость в этом приборе имеет 4000 кв. ф., вес всего прибора с машиной, запасом материалов и проч. равен 57 пудам. Сопротивление воздуха на прибор по направлению его движения г. Можайский нашел равным шести пудам Подъемная сила по расчетам автора равна 6 . 9,6 57,6 . пуд пуд × = ; чтобы придать прибору упомянутую скорость, требуется полезная сила машины в 14,5 паровых лошадей. Машина в приборе г. Можайского развивает 30 индикаторных сил.

 

Рассмотрев этот расчет, комиссия нашла, что ввиду несовершенства теории сопротивления воздуха, осторожность требует принимать за основание только те данные, которые получены опытом; следовательно, в данном случае, допуская, что упомянутый выше опыт произведен надежным образом, можно рассчитывать, что отношение вер- 53 тикальной силы к горизонтальной достигает 3,7. В таком случае полезная работа машины вместо 14,5 должна быть около 38 паровых лошадей, а индикаторная сила должна быть не менее 75 паровых лошадей.

 

Несмотря на некоторое сомнение в верности расчетов г. Можайского, комиссия, ввиду того, что прибор его уже почти готов, и что на него затрачены большие средства, считает желательным, чтобы Отдел оказал содействие А. Ф. Можайскому — окончить его прибор и произвести интересные опыты над летательным прибором столь больших размеров».