Попытки объединить паровоз с самолётом
Рекламный плакат Ariel Transit Company
Ещё совсем недавно паровой двигатель был самым распространенным источником энергии на планете. Паровые двигатели устанавливались на наземные повозки – прообразы первых автомобилей, приводили в движение поезда и пароходы, обеспечивали работу насосов и станков. Энергия пара и паровые двигатели широко использовались в промышленности XIX века. Неудивительно, что со временем в головы конструкторов проникла идея построить летательный аппарат с паровым двигателем. Однако процесс постройки паролёта оказался трудным и тернистым.
Воздушный паровой экипаж
Зарождение авиации приходится на начало XIX века. Именно на рубеже XVIII—XIX веков была предложена первая концепция летательного аппарата. С этой концепцией выступил английский естествоиспытатель Джордж Кейли. Именно Кейли считают одним из первых в мире исследователей и теоретиков в области создания летательных аппаратов тяжелее воздуха. Первые исследования и эксперименты по изучению аэродинамических характеристик крыла Кейли начал в 1804 году, в том же году он изготовил модель планера собственной конструкции. По его словам, планер мог преодолевать по воздуху не более 27 метров. В 1809-1810 годах в первом ежемесячном научном журнале Великобритании, «Nicolson’s Journal of Natural Philosophy», был опубликован труд Джорджа Кейли под названием «О воздушной навигации». Это была первая в мире опубликованная научная работа, в которой содержались первоосновы теории полета планеров и самолетов.
Неслучайно именно в Великобритании ближе к середине XIX века попытались построить первый самолет, точнее, паролёт, ведь в роли силовой установки на модели планировалось установить паровой двигатель. Идея строительства необычного летательного аппарата принадлежала английскому изобретателю и пионеру в области авиации Уильяму Сэмюэлю Хенсону. Совместно с другим британским изобретателем Джоном Стрингфеллоу Хенсон разработал первый в мире проект летательного аппарата, в котором были учтены все основные элементы классического винтомоторного самолета.
Своё детище конструкторы называли «Воздушный паровой экипаж» (Aerial Steam Carriage). Патент на изобретение был получен в 1843 году, в том же году изобретатели и их партнеры зарегистрировали акционерное общество, названное Aeriel Transit Company. Первую модель своего «воздушного парового экипажа» конструкторы создали в 1843 году. Это был шестиметровый летательный аппарат, на который ставился паровой двигатель мощностью всего 1 л.с.
Модель, которую испытывали Хенсон и Стрингфеллоу
Конструкция крыла паролёта, который представили Хенсон и Стрингфеллоу, содержала элементы, которые в будущем найдут применение в авиации: лонжероны, нервюры, стойки с расчалками. Крыло их паролёта, как и современных самолетов, имело толщину. При этом лонжероны крыла конструкторы проектировали пустотелыми, что должно было облегчить конструкцию летательного аппарата. Само крыло крепилось к корпусу паролёта сверху, в корпусе планировалось разместить сам двигатель, экипаж и пассажиров. Силовая установка должна была приводить в движение два толкающих воздушных винта. Шасси летательного аппарата планировалось трехколесным, с одним носовым колесом.
При этом задумка конструкторов была слишком смелой не только по меркам середины XIX века. Технические характеристики воздушного парового экипажа были на высоте. Паролёт должен был перевозить по воздуху до 12 человек на расстояние до 1600 км. При этом размах крыла модели оценивался в 46 метров, а площадь крыла – 424 м², диаметр винтов – 6 метров. Мощность установленной силовой машины оценивалась в 30 л.с. Считалось, что этого хватить, чтобы обеспечить летательному аппарату с максимальной взлетной массой 1360 кг крейсерскую скорость полета 80 км/ч.
На деле все закончилось испытаниями уменьшенной модели, которые с переменным успехом продолжались с 1844 по 1847 год. Всё это время конструкторы вносили в проект большое количество изменений, меняли параметры, переделывали планер, а также искали всё более мощную паровую машину. Несмотря на усилия британских естествоиспытателей, раз за разом они терпели неудачу. В основном это было связано с полным отсутствием мирового опыта в области самолетостроения. И Хенсон, и Стрингфеллоу были первооткрывателями, совершавшими лишь первые робкие шаги в новой области, сталкиваясь с огромным количеством трудностей. В 1847 году все работы по проекту были окончательно прекращены.
Паровой самолет Александра Можайского
В России идею построить летательный аппарат с паровым двигателем подхватил контр-адмирал Александр Фёдорович Можайский, «дедушка русской авиации», не только известный военный деятель, но и изобретатель. Исследованиями и изобретательством Можайский занимался как во время службы в русском императорском флоте, так и на гражданской службе. К идее строительства собственного летательного аппарата изобретатель окончательно пришел к 1873 году. Оформив свой замысел к концу 1876 года, Можайский представил проект Военному министерству, где проект рассмотрели и выделили на его реализацию финансирование. В частности, три тысячи рублей было направлено на проведение научных изысканий и исследований, результаты которых можно было бы в дальнейшем использовать для создания нового летательного аппарата.
Александр Фёдорович Можайский
При разработке своего варианта самолета Александр Можайский, как и многие другие пионеры воздухоплавания, опирался в первую очередь на конструкцию и летные качества воздушных змеев, которых он лично конструировал и запускал на протяжении нескольких лет. Можайский справедливо считал, что тяжелый и медленный самолет должен обладать крылом большой площади. При этом, как и другие изобретатели летательных аппаратов, Можайский шёл путем проб и ошибок, много раз меняя конструкцию и характеристики своих вариантов самолета.
Согласно проекту, самолет должен был иметь длину фюзеляжа около 15 метров, размах крыла – 23 метра, взлетный вес 820 кг. При этом размеры самолета изменяются в различных исследованиях специалистов в области авиации. Неизменным остается тот факт, что Можайский хотел оснастить свой летательный аппарат сразу двумя двигателями мощностью 20 л.с. и 10 л.с. При этом первоначально речь шла о двигателях внутреннего сгорания, которые только начали зарождаться. Расчетная скорость самолета должна была составить около 40 км/ч. Низкая скорость полета вынуждала конструктора строить самолет с очень большой площадью крыла оригинальной формы. Внешне самолет конструкции Можайского представлял собой расчалочный моноплан, выполненный по классической аэродинамической схеме.
Достаточно быстро конструктор вынужден был отказаться от ДВС, так как первые подобные двигатели были крайне ненадежны и обладали большим весом. Тогда Можайский решил вернуться к классическим для своей эпохи паровым двигателям. На своем паролёте он планировал использовать максимально облегченные модели паровых двигателей компании «Арбеккер-сын и Хемкенс» из Лондона, которая обладала отличной репутацией и успела зарекомендовать себя как производитель облегченных паровых двигателей, которые использовались на миноносцах.
Модель самолета Можайского, Государственный Политехнический музей в Москве
Первый образец летательного аппарата был готов в 1882 году. Но проведенные испытания прошли неудачно. Александр Можайский, как и многие пионеры авиации, не мог опираться на чей-либо успешный опыт, в те годы мирового самолетостроения просто не существовало. Конструктор не снабдил свой паролёт устройствами против боковых кренов, так как не считал их нужными. В результате самолет, даже не успев подняться в небо, завалился на бок, а его огромной площади крыло просто «сложилось». Последовавшие затем три года работ по доработке конструкции ни к чему не привели, испытания в 1885 году вновь оказались неудачными, самолет снова завалился на бок. На этом история данного летательного аппарата заканчивается, а в 1890 году ушел из жизни и сам конструктор.
Единственный летающий паролёт
В конечном итоге первый паровой самолет, который смог подняться в небо и совершил полноценный полет, был построен только в XX веке. Это произошло в 1930-е годы, когда в мире уже был накоплен значительный опыт в области авиастроения. Выпущенный в 1933 году в единственном экземпляре паролёт Airspeed 2000 не просто поднялся в воздух, но и находился в активной эксплуатации, как минимум до 1936 года. Необычный самолет трудился в почтовом ведомстве США, но после 1936 года его жизненный путь теряется.
Первый летающий паролёт был построен американскими братьями изобретателями Джорджем и Ульямом Бесслерами при непосредственной помощи инженера Натана Прайса. Демонстрация новинки состоялась 12 апреля 1933 года в Калифорнии в городе Окленд и широко освещалась в американской печати. С виду это бы самый обычный самолет тех лет. В этом нет ничего удивительного, так как братья просто взяли за основу серийный биплан Travel Air 2000. Необычной была сама силовая установка. Самолет, получивший название Airspeed 2000, оснастили мощным паровым двигателем.
Airspeed 2000
Сердцем машины был V-образный двухцилиндровый паровой двигатель, выдававший максимальную мощность 150 л.с. С баком общей ёмкостью примерно 10 галлонов самолет братьев Бесслер мог пролететь около 600 км. При этом паровая машина весила даже меньше стандартных бензиновых двигателей внутреннего сгорания – 80 кг, но еще 220 кг к весу силовой установки добавляли бак для воды с топкой.
Самолет без труда поднялся в небо в 1933 году и в дальнейшем находился в эксплуатации. Проблем с полетами у машины не было. При этом журналисты оценили тихую работу двигателя самолета, отмечая, что разговор пилота и пассажира можно было услышать даже с земли. Шум создавал только свист пропеллера, рубящего воздух. Помимо тихого полета у самолета были и другие преимущества, к примеру, использование воды вместо бензина. Также мощность парового двигателя никак не зависела от высоты полета и степени разреженность воздуха, что являлось проблемой для всех самолетов с ДВС. К примеру, на высоте полета более двух тысяч метров паровой двигатель на Airspeed 2000 становился эффективнее бензиновых двигателей той же мощности.
Несмотря на свои преимущества, самолет Airspeed 2000 не заинтересовал гражданских заказчиков и американских военных. Будущее было за самолетами с двигателями внутреннего сгорания, а биплан братьев Бесслер смотрелся каким-то курьезом из XIX века, хотя и с очевидным набором преимуществ. Недостатки все-таки перевешивали. По КПД паровой двигатель уступал двигателям внутреннего сгорания. В конструкции самолета необходимо было использовать сверхлегкие материалы, чтобы компенсировать вес массивного котла для воды. Не позволяла конкурировать с самолетами с ДВС и меньшая дальность полета. И даже такое очевидное качество, как бесшумность, которое можно было использовать при создании самолетов-разведчиков или бомбардировщиков, не привлекло представителей военного ведомства.
Информация