Первые полеты воздушных шаров

Направления становления воздухоплавания

Глава I. Развитие идеи полета. Основные

К созданию летательных аппаратов учёные и изобретатели в конце XVIII века шли двумя путями:

1) использовался статический принцип полёта, основанный на свойстве лёгких газов вытесняться вверх более тяжёлыми. Следовавшие по этому пути заложили основы аэростатики, давшей начало воздухоплаванию;

2) попытки воспроизвести полёт птиц и построить летательные машины, основанные на динамическом принципе, направили исследователей другого направления в область аэродинамики. Учёные пришли к мысли использовать для летания подъёмную силу, возникающую при быстром движении наклонной относительно воздушного потока пластинки. Этот путь привёл к созданию авиации. Слово «авиация» произошло от латинского avis «птица». Им стали обозначать летательные аппараты тяжелее воздуха, осуществлявшие полёт в воздушном пространстве на основе законов аэродинамики.

Накопление технических, географических, методологических, знаний, развитие мануфактурного производства создали предпосылки для зарождения в XVIII века воздухоплавания. В этом направлении усиленно работали во Франции братья Жозеф и Этьен Монгольфье.

5 июня 1783 г. им удалось осуществить беспилотный пуск аэростата диаметром 11,5 м, выполненного из оклеенного бумагой холста с верёвочной сеткой и наполненного горячим воздухом. 19 сентября братья Монгольфье подняли в воздух баллон с животными, а 21 ноября 1783 г. в Париже был осуществлён первый полёт людей – Ж.Ф. Пилатра де Розье и Ф. Арланда. Аэростат имел диаметр 15 м, вес 675 кг и пробыл в воздухе 25 мин., пролетев расстояние около 9 км. Шары, наполнявшиеся горячим воздухом, стали называть монгольфьерами или открытыми аэростатами.

27 августа 1783 г. физик Жак Шарль и механики братья Робер организовали в Париже полёт воздушного шара, наполненного лёгким газом – водородом. Оболочка шара была изготовлена из шёлка, пропитанного сырой резиной – каучуком. В декабре того же года состоялся первый полёт людей на аэростате конструкции Ж. Шарля. Полёт продолжался 2 часа, было преодолено расстояние в 40 км. Аэростаты, наполненные водородом, получили название шарльеров или закрытых аэростатов.

Физик Жан Франсуа Пилатр де Розье, ставший первым пилотом-воздухоплавателем, выдвинул идею перелёта на аэростате через Ла-Манш. Для этой цели он разработал аэростат собственной конструкции, объединявший в себе обычный сферический шарльер и монгольфьер цилиндрической формы. Комбинированный аэростат, соединивший в себе преимущества монгольфьера и шарльера, стал называться розьером. Поднявшись 15 июня 1785 г. в воздух со своим помощником Роменом, Розье не успел долететь до Ла-Манша. Пожар, возникший на розьере, привёл к трагической гибели обоих воздухоплавателей.

В России интерес к воздушному шару проявил математик академик Леонард Эйлер, который работал над теорией змея. 1 сентября 1783 г. Эйлер подробно рассчитал подъёмную силу аэростата.

Интерес к вопросам воздухоплавания и простота постройки воздушных шаров способствовали началу практических работ в области воздухоплавания в России. Первые опыты ограничились запусками беспилотных аэростатов. В 1784 г. в Москве француз Мениль организовал подъём воздушного шара без пассажира. Шар имел большие размеры (диаметр более 12 м) и достиг высоты около 3км.

Первые пилотируемые полёты на аэростате в России были осуществлены в 1803 г. французским воздухоплавателем Ж. Гарнереном. 20 сентября 1803 г. с ним поднялся в воздух на воздушном шаре генерал С.Л. Львов, который и стал первым русским человеком, участвовавшим в воздушном путешествии. Полёты Гарнерена носили развлекательный характер.

В июне 1804 г. Российская Академия наук организовала первый в мире полёт воздушного шара с научными целями. Во время полёта этого аэростата, управлявшегося бельгийским воздухоплавателем Робертсоном, академик Я.Д. Захаров выполнил ряд научных опытов.

Первый самостоятельный полёт на воздушном шаре, изготовленном в России, был выполнен нашим соотечественником штабс-лекарем Кашинским в Москве осенью 1805 г.

В августе 1828 г. на аэростате поднялась первая русская воздухоплавательница Ильинская.

В 40-х годах XIX века особенной популярностью пользовались в России полёты русских воздухоплавателей В. Берга и А. Леде. Леде погиб в августе 1847 г., совершая очередной полёт на аэростате. Он стал первой жертвой российского воздухоплавания.

Уже в первые годы после изобретения аэростата этот летательный аппарат начали применять для решения военных задач. В 1794-1795 гг. революционная французская армия использовала привязные аэростаты как средство корректировки артиллерийского огня и разведки. В 1849 г. при осаде Венеции австрийская армия применила беспилотные аэростаты для бомбардировки этого города.

Во второй половине XIX века в России были предприняты шаги в направлении использования привязных аэростатов для военных целей. В 1869г. Военно-учёный комитет образовал специальную комиссию под председательством инженер-генерала Э.И. Тотлебена, которая стала координировать работу учёных и военных специалистов в области воздухоплавания. В результате деятельности комиссии были созданы первые образцы войсковой воздухоплавательной материальной части, появились знающие военные воздухоплаватели. В июне 1870 г. в Петербурге был произведён подъём первого специально построенного военного аэростата. Этот аэростат представлял из себя шар диаметром в 12,5 м, сшитый из шёлковой материи и покрытый с внутренней стороны слоем резины. К аэростату крепилась металлическая «корзина» или «лодка» для размещения экипажа.

Для связи экипажа с землёй применялись: проводной телеграф; рупор; флажки; зеркало, приспособленное для подачи световых сигналов; сбрасывание записок. Для наполнения шара использовался водород. По результатам первых испытаний был сделан вывод о необходимости создания специальных войсковых воздухоплавательных частей различной укомплектованности в зависимости от принадлежности и назначения: учебных, полевых, крепостных.

В конце 70-х годов XIX века во многих армиях Европы и Америки появились учебные воздухоплавательные части. Во Франции в 1878 г. была учреждена воздухоплавательная школа в Медоне. Англия имела школу военных воздухоплавателей в Вулвиче и несколько воздухоплавательных рот. В Германии была создана рота воздухоплавателей. В 1885 г. в Петербурге также была создана отдельная воинская часть под названием «Кадр военных воздухоплавателей» Её возглавил энтузиаст военного воздухоплавания поручик А.М. Кованько.

В 1890г. «Кадр военных воздухоплавателей» был переформирован в Учебный воздухоплавательный парк (УВП), который возглавил полковник И.И. Яснецкий. УВП сыграл большую роль в становлении российского военного воздухоплавания. Он решал для армии России следующие задачи: 1) подготовка кадров воздухоплавателей; 2) изготовление материального имущества для всех воздухоплавательных частей; 3) проведение испытания аэростатов. Самое важное достижение УВП – создание квалифицированных кадров военных воздухоплавателей: за 10 лет с 1894 по 1904 гг. было подготовлено 2085 рядовых и 163 офицера.

§ 2. Управляемые аэростаты: становление дирижаблестроения

Создание аэростата не позволило решить проблему полёта по заранее намеченному маршруту. Поэтому изобретатели многих стран начали работать над проблемами создания управляемого аэростата, т.е. дирижабля (от франц. dirigiable «управляемый»). Было очевидно, что для обеспечения управляемого полёта летательного аппарата легче воздуха необходимо:

- снабдить аэростат двигателем, обладающим достаточно малым удельным весом;

- установить на аэростате движитель;

- уменьшить сопротивление воздуха в направлении полёта;

- обеспечить аэростат органами управления.

Решение некоторых из этих задач было найдено из опыта кораблестроения, который, в частности, подсказывал, что для выполнения двух последних условий следовало придать летательному аппарату удлинённую форму и установить на нём рули в форме парусов или жёстких плоскостей.

Опыт морского дела облегчил также выбор движителя управляемого аэростата, прообразами которого могли служить весла и гребной винт.

Наиболее сложный задачей являлось создание двигателя, обладающего достаточно малым удельным весом для его применения на аэростате.

В рассматриваемый период в качестве энергетических установок для летательных аппаратов могли быть использованы: мускульная сила человека, паровая машина и реактивный (ракетный) двигатель.

Первый проект управляемого аэростата создал в 1784 г. французский инженер Ж. Менье. Он предложил применять для движения аэростата воздушные винты, а для управления – руль. Им же было впервые предложено придать аэростату вытянутую в направлении полёта форму для уменьшения аэродинамического сопротивления.

Первый проект управляемого аэростата российскому правительству был предложен немецким изобретателем Ф. Леппихом в 1812 г. Согласно этому проекту Леппих обещал построить полужёсткий большой дирижабль объёмом 8000 м³ на 40 пассажиров, который должен был иметь рыбообразную форму и перемещаться в воздухе с помощью двух подвижных крыльев, прикреплённых по бокам аппарата. Аэростат предлагалось использовать для борьбы с армией Наполеона.

В 1812-13 гг. Леппих вел в России постройку своего аэростата, совершил несколько подъёмов на нём. Однако аппарат не мог лететь против ветра, и работа по созданию управляемого аэростата оказалось безуспешной. В январе 1814 г. российский изобретатель А. Снегирёв представил в Академию наук трактат «Опыты над преобразованием аэростатов», в котором предложил свою схему управляемого аэростата – над оболочкой устанавливались крылья под определённым углом и при подъёме или спуске аэростат мог перемещаться по горизонтали. Для управления по вертикали Снегирёв предлагал специальным устройством сжимать газовую оболочку, изменяя её объём (а, следовательно, и подъёмную силу аэростата).

Начало XIX века ознаменовалось широким распространением паровых машин. Это натолкнуло учёных и изобретателей, занимавшихся проблемами воздухоплавания, на мысль о возможности применения паровой машины для движения аэростата. Проект управляемого аэростата с двигателем впервые осуществил француз А. Жиффар. В 1852 г. состоялся первый полёт аэростата его конструкции с установленной в гондоле паровой машиной мощностью 3 л.с., вращающей толкающий винт.

В России идею применения парового двигателя на аэростате впервые выдвинул в 1851 г. изобретатель Н. Архангельский. Русский инженер Д. Черносвитов в июле 1857 г. в журнале «Морской сборник» опубликовал проект управляемого аэростата с паровой машиной и винтовым движителем- пропеллером.

Успешный опыт применения в России боевых ракет, значительная тяга и простота конструкции порохового ракетного двигателя побудили изобретателей к разработке реактивных летательных аппаратов. Капитан И. Третесский в 1849 г. разработал проект реактивного дирижабля, у которого реактивный эффект достигался за счёт истечения газов через специальное сопло под давлением не менее 6 атмосфер. В зависимости от источника движения Третесский подразделял свои летательные аппараты на – паролёты, газолёты, воздухолёты. Он предложил разделить оболочку аэростата на ряд изолированных отсеков. Проект Третесского был основан на математических вычислениях, содержал большое количество схем и чертежей, поэтому основная заслуга изобретателя состоит в том, что он впервые в России предпринял попытку научного решения вопроса о применении принципа реактивного движения к задачам воздухоплавания. Над реактивным дирижаблем работали также Н.М. Соковнин и К.И. Константинов. Морской офицер Соковнин разработал и представил в 1866 г. в Военное министерство проект жёсткокорпусного дирижабля, в отсеках которого должны были размещаться мягкие газовые баллоны. Эту конструкцию через 33 года осуществил Цеппелин в своих дирижаблях. Соковнин видел трудности, возникающие от применения водорода, и предложил наполнять оболочку невзрывоопасным аммиаком. Для изменения высоты полёта был предусмотрен руль высоты, это было также новинкой – за границей он появился в 1902 г. на дирижабле Жюлиа. До этого изменение наклона продольной оси дирижабля производилось передвижением в гондоле груза.

К.И. Константинов, изучая вопросы применения поровых ракет в воздухоплавании на основании опытов, проведённых при помощи ракетного баллистического маятника, пришёл к выводу о невозможности использования ракет для перемещения аэростатов.

Во 2-й половине XIX века в России начинают возникать общественные научные организации, игравшие большую роль в развитие воздухоплавания и отечественной авиации. В 1866 г. было основано Русское техническое общество. В 1880 г. по инициативе Д.И.Менделеева в Русском техническом обществе организуется VII (воздухоплавательный) отдел, начинает издаваться специальный журнал «Воздухоплаватель». За период с 1870 по 1900 гг. в России было издано около 180 работ по вопросам летания.

В 1880 г. в журнале «Воздухоплаватель» О.С. Костович опубликован проект гибридной схемы: кроме аэростатической подъёмной силы, дирижабль имел и динамическую от машущих крыльев, которые должны были делать 12 двойных взмахов в минуту. Предусматривались длина оболочки 60 м и диаметр 12 м. Воздушный винт в кормовой части должен был вращаться сжатым воздухом. Снизу каркаса оболочки подвешивался груз, что, по мнению изобретателя, обеспечило бы устойчивость. Скорость полёта предполагалась 65 км/ч. Но по этому проекту дирижабль не строился. Другая схема Костовича была полужёсткой, в которой фанерный каркас обтягивался шёлковой материей. Винт располагался в кормовой части, а руль направления в носовой. В центре оболочки была размещена вертикальная труба, расчаленная к каркасу, к нижней части которой прикреплялась гондола с размещённым в ней бензиновым восьмицилиндровым двигателем мощностью 80 л.с. и весом 240 кг. Объём оболочки составлял 5000 м³. Изготовив все детали дирижабля за свой счёт, Костович рассчитывал в дальнейшем на помощь правительства, но ему было отказано. Интересный проект так и не был осуществлён.

В 1886 г. в Париже по заказу русского правительства строился дирижабль конструктора Г. Иона объёмом 2900 м³ с паровым двигателем в 43 л.с. Дирижабль должен был поднимать 1000 кг груза. Истратив 100 тыс. руб., российское правительство впоследствии отказалось от финансирования дальнейших работ.

Расцвет дирижаблестроения начался с появлением н6адежных легких и достаточно мощных двигателей внутреннего сгорания и пришелся на начало XX века. Развитие дирижаблей шло по трем конструктивным направлениям: мягкие, полужесткие, жесткие.

В дирижаблях мягкой схемы корпусом служит оболочка, выполненная из ткани с малой газопроницаемостью. Постоянство формы оболочки достигается избыточным давлением газа, наполняющего ее и создающего подъемную силу, а также баллонетами, которые представляют собой мягкие воздушные емкости, расположенные внутри корпуса. С помощью системы клапанов, позволяющих либо нагнетать в баллонеты воздух, либо стравливать его в атмосферу, внутри корпуса поддерживается постоянное избыточное давление. Если бы не было, то находящийся внутри оболочки газ под влиянием внешних факторов – изменения атмосферного давления при подъеме или спуске дирижабля, температуры окружающего воздуха – менял бы свой объем. Уменьшение объема газа приводит к тому, что корпус теряет свою форму. Как правило, это оканчивается катастрофой. Жесткие элементы конструкции – стабилизатор, киль, гондола – крепятся к оболочке с помощью пришитых или приклеенных к ней «лап» и соединяющих строп.

Как каждая инженерная конструкция, дирижабли мягкой схемы имеют свои достоинства и недостатки. Последние достаточно серьезны: повреждение оболочки или отказ вентилятора, нагнетающего воздух в баллонеты, приводят к катастрофам. Основным же преимуществом является большая весовая отдача. Мягкая схема ограничивает размеры дирижабля, что, впрочем, обуславливает относительную легкость сборочно-разборочных и транспортных операций.

Дирижабли мягкой схемы строились многими воздухоплавателями. Наиболее удачной оказалась конструкция немецкого майора Августа фон Парсеваля. Его дирижабль поднялся в воздух 26 мая 1906 г. С тех пор дирижабли мягкой схемы иногда называют «парсевалями».

Зависимость формы корпуса от атмосферных факторов в дирижаблях мягкой схемы была уменьшена введением в конструкцию жесткой килевой фермы, которая, проходя от носа до кормы по низу корпуса, значительно повышает его жесткость в продольном направлении. Так появились дирижабли полужесткой схемы. В дирижаблях этой схемы корпусом также служит оболочка с малой газопроницаемостью. Необходимы им и баллонеты. Наличие фермы позволяет крепить к ней элементы дирижабля и размещать внутри нее часть оборудования. Дирижабли полужесткой схемы отличаются более крупными размерами. Полужесткая схема была разработана французским инженером Жюйо, управляющим сахарными заводами братьев Лебоди. Постройка дирижабля финансировалась владельцами заводов. Поэтому, не совсем справедливо, такую схему дирижаблей называют «лебоди». Первый полет дирижабля состоялся 13 ноября 1902 г.

В дирижаблях жесткой схемы корпус набран из поперечных (шпангоутов) и продольных (стрингеров) силовых элементов, обтянутых снаружи тканью, которая предназначается только для придания дирижаблю надлежащей аэродинамической формы. Поэтому никаких требований по газопроницаемости к ней не предъявляется. Баллонеты в этой схеме не нужны, так как неизменность формы обеспечивается силовым каркасом. Несущий газ помещается в отдельных емкостях внутри корпуса. Там же устанавливаются служебные проходы. Единственный недостаток такой схемы заключается в том, что металлическая конструкция каркаса уменьшает вес полезной нагрузки. Именно жесткая схема сделала дирижабль настоящим кораблем, способным плыть в воздушном океане подобно морским лайнерам. Создателем таких дирижаблей был выдающийся немецкий инженер и организатор их производства генерал граф Фердинанд фон Цеппелин. Его первый воздушный корабль поднялся в воздух 2 июля 1900 г. С тех пор за дирижаблями жесткой схемы закрепилось название «цеппелин». Интересно отметить, что сам Цеппелин, прекрасно понимая преимущества жесткой схемы, отдавал должное дирижаблям и других конструкций. Он говорил, что «один тип судна не исключает другого. Важно лишь, чтобы они были как можно лучше разработаны, а дефекты исправлены в интересах всего человечества и культуры». Дальнейшее развитие дирижаблестроения подтвердило справедливость его слов.

Как это часто случается, новое достижение инженерной мысли послужило, в первую очередь, не расцвету культуры, а прямо противоположным целям. Французский дирижабль «Петри» полужесткой схемы уже в 1907 г. принял участие в военных учениях. Начиная с 1909 г. цеппелины становятся непременными участниками маневров германской армии. Впервые в боевых действиях дирижабли были использованы итальянцами в 1911-1912 гг. во время войны с Турцией. С их помощью проводились разведывательные операции и наносили бомбовые удары. Широкое строительство дирижаблей в Германии, Франции, Италии заставило военное ведомство России также начать работать в этой области. 21 февраля 1907 г. приказом генерал-инспектора А.П. Вернандера была образована комиссия по постройке дирижабля под председательством военного инженера генерала Н.Л. Кирпичева. В задачи комиссии входило «производство опытов и исследований принадлежностей и материалов для постройки управляемого аэростата, а также составление по результатам опытов окончательного проекта такого аэростата». В состав комиссии входили военные инженеры и воздухоплаватели: генерал-майор А.М. Кованько, инженер-полковник Е.С. Федоров, инженер-подполковник В.Ф. Найденов, подполковник В.А. Семковский, капитан Н.И. Утешов. К работе были привлечены и крупнейшие научные силы России. Комиссия приступила к проектированию первого отечественного полужесткого дирижабля. По сути дела, в феврале 1907 г. был создан первый в России научно-конструкторский центр по дирижаблестроению.

В 1908 г. в Учебном воздухоплавательном парке был построен по мягкой схеме первый русский дирижабль «Учебный». Он брал на борт трех человек и мог совершать полеты продолжительностью около трех часов. При этом высота достигла 800 м, а скорость – 22 км/ч. В 1908-1909 гг. «Учебный» совершил ряд успешных полетов.

В 1910 г. русскими инженерами для военных целей были построены еще два мягких дирижабля. На Ижорском заводе в Колпино под Петербургом по проекту профессоров Боклевского и Фан-дер-Флита, инженера В.Ф. Найденова и при участии капитана Б.В. Голубова был построен «Голубь», который имел объем 2270 м³ и мог нести полезную нагрузку в 800 кг. Другой дирижабль «Ястреб» строился в Москве акционерным обществом «Дукс». Его конструктором был А.И. Шабский. При объеме 2700 м³ он мог нести 1170 кг полезной нагрузки.

Постройка полужесткого дирижабля, разработанного комиссией 17 июля 1909 г. Он получил название «Комиссионный». Его первый полет состоялся 30 июля 1910 г. Испытания прошли успешно, и дирижабль, переименованный в «Кречет», был передан армии в 9-ю воздушную роту.

Дирижабли жесткой схемы в России, имевшей слаборазвитую дирижаблестроительную промышленность, не строились. Страна была вынуждена закупать дирижабли за границей – в основном у Франции и Германии, которые стремились продать не самые лучшие и современные образцы. Все это привело к тому, что в канун первой мировой войны Россия располагала парком в 14 дирижаблей, из которых только четыре могли с большими оговорками считаться пригодными для боевых действий. В итоге лишь один дирижабль «Астра» французской постройки в мае-июне 1915 г. выполнил несколько боевых полетов.

За период 1908-1916 гг. было построено около 20 дирижаблей. Лидировала Германия, которая с 1900 по 1938 гг. построила 176 судов, из них за годы первой мировой войны – 123. Самым большим дирижаблем стал Цеппелин LZ-129 «Гинденбург», построенный в 1936 году, объемом 200000 м³, грузоподъемностью 120 т.

Дирижабли немецкого графа Фердинанда Цеппелина были одними из самых удачных достижений техники своего времени. Первый уравляемый аэростат LZ-3 конструкции этого инженера построили в 1900 г. Он состоял из ажурного алюминиевого каркаса, обтянутого газонепроницаемой хлопчатобумажной тканью. Дирижабль имел 128 м в длину, 12 в ширину и вмещал 11300 м³ газа. Летом 1910 г. сошел со стапелей первый пассажирский цеппелин LZ-7 («Дейчланд»).

В 1912-1913 гг. появились цеппелины «Саксония», «Ганза» и «Виктория Луиза», которые до начала мировой войны совершили 800 рейсов без единого происшествия.

К 1914 г. все страны – будущие участники первой мировой войны располагали кадровыми воздухоплавательными частями, имевшими на вооружении привязные аэростаты и дирижабли, которые подразделялись на малые (объёмом 3000 м³), средние (до 6000 м³) и большие. Дирижабли могли летать на высотах до 500-700 м со скоростью до 80 км\ч; некоторые из них имели грузоподъёмность в сотни килограммов. В русской армии имелись: четыре полевые воздухоплавательные роты, семь крепостных воздухоплавательных рот и одно крепостное воздухоплавательное отделение. На их вооружении состояло 15 дирижаблей и 46 привязных змейковых аэростатов. По числу дирижаблей Россия вместе с Францией разделяли второе место в мире после Германии, занимавшей первое место.

Количество дирижаблей в армиях основных стран-участниц первой мировой войны к её началу

Страна	Количество дирижаблей в строю	Общий объём дирижаблей, тыс. м3
Германия Франция Россия Англия Австро-Венгрия		295,2 117,2 75,8 23,6 18,9