Геликоптер Михаила Ломоносова

Мало кому известно, что еще в середине XVIII в. великий русский ученый Ломоносов пытался создать летную машину (геликоптер), которая могла бы подниматься в воздух с помощью винтов, вращающихся на вертикальной оси. Эти замечательные опыты были связаны с наблюдениями над плотностью воздуха, которые были сделаны Ломоносовым еще в 1739—1740 гг., во время заграничной командировки.

Предпосылки создания Геликоптера Михаила Ломоносова

Изучая в Германии горное дело и знакомясь с саксонскими рудниками. Ломоносов обратил внимание на то, что свободный воздух в подземных шахтах и штольнях циркулирует в разных направлениях, в зависимости от наружной температуры. Зиной воздух идет в одну сторону, летом в обратную.

Вернувшись в Россию, Михаил Ломоносов проверил правильность своих наблюдений по трудам знаменитого немецкого геолога Агриколы, а затем обосновал подмеченное явление «математическим порядком». При этом Михаил Ломоносов применил гидростатический закон о равновесии жидкостей в сообщающихся сосудах.

Чтобы понять замеченное Ломоносовым явление, представим себе подземную галерею, у которой один выход на поверхность расположен по склону ниже, чем другой. Летом воздух в подземной галерее холоднее, а следовательно, плотнее, чем снаружи. Этот более плотный воздух будет как бы «выливаться» через нижний выход, а на его место через верхний выход станет втягиваться более теплый наружный воздух. Поток воздуха в шахтах будет происходить от верхнего выхода к тугому.

Зимой воздушный поток станет циркулировать в обратном направлении, так как воздух иод землей будет более теплым, а следовательно, менее плотным, чем снаружи. Он будет стремиться уходить через верхние выходы, а через нижние в рудники начнет поступать холодный наружный воздух.

Свое исследование «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном» Михаил Ломоносов доложил на конференции Академии наук 21 января 1745 г. этот доклад был опубликован на латинском языке.

В дальнейшем, занявшись метеорологией, молодой ученый производил многократные наблюдения над весом воздуха в зависимости от его температуры. После длительных исследований он пришел к выводу, что и в атмосфере постоянно происходят погружение холодных воздушных масс и восхождение теплых. Об этом заключении он впервые говорил в Академии наук весной 1751 г. при докладе о северных сияниях.

Еще подробнее Михаил Ломоносов развил свою теорию осенью 1753 г., после трагической гибели его друга, профессора Рихмана, убитого грозовым разрядом при исследовании атмосферного электричества. Михаил Ломоносов объяснил происхождение атмосферного электричества тем, что в восходящих и нисходящих потоках воздуха происходит трение мельчайших инородных частиц и паров. Эта смелая теория была доложена автором и на торжественном собрании Академии наук 26 ноября 1753 г. в «Слове о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих». Вначале теория Ломоносова не получила полного признания. Для ее лучшего обоснования он задумал проделать новые опыты и обследовать состояние воздуха на различных высотах от земли.

 

Михаил Ломоносов задается целью построить механическое приспособление, способное поднимать с земли на большую или меньшую высоту самопишущие метеорологические приборы. Он думает создать такой аппарат по аналогии с теми «воздушными ветрогонными машинами», т. е. вентиляторами, действие которых было ему хорошо известно по работе в рудниках. Лопасти «ветрогонной машины» дают мощную горизонтальную струю, проветривающую длинные шахты и штольни. Если подобную машину расположить так. чтобы поток воздуха был направлен вертикально вниз, обязательно должна получиться подъемная сила. Вопрос лишь в том сможет ли эта подъемная сила преодолеть вес самой «машинки», да еще с некоторой добавочной нагрузкой.

Так у Ломоносова родилась мысль построить летный аппарат, называемый ныне—со второй половины XIX в.— геликоптером.

Протопипы геликоптера Михаила Ломоносова

Начиная испытания. Михаил Ломоносов обнаруживает исключительную находчивость и сноровку. В этой области он не мог опираться на чей-либо опыт. Даже принцип геликоптера никем не был опубликован раньше. Много позднее, уже в XIX в., в рукописях гениального Леонардо да-Винчи был найден эскиз летной машины с одним архимедовым винтом на вертикальной оси, но Ломоносов не мог знать об этом проекте. А о том, чтобы кто-нибудь до середины XVIII в. пытался на практике построить геликоптер, нам ничего не известно и поныне. Таким образом, самостоятельно найдя принцип, Ломоносов должен был так же самостоятельно, без всякого опыта предшественников найти и техническое решение новой идеи.

 

Так Ломоносов производил испытания своей «аэродромической машинки». «Машинка» изображена условно, на основании сохранившихся о ней очень скудных сведений.

 

Механизм Ломоносова был назван «аэродромической машинкой» (т. е. воздухо-бежной: от латинских слов «aero» — воздух и dromos — бег), Две крылатки вращались в горизонтальной плоскости от стальной скрученной пружины. Изогнутые лопасти крылаток, отбрасывая воздух вниз, создавали тягу вверх. В геликоптере необходимы именно два таких воздушных винта, так как при одном сама «машинка» в силу отдачи начинает вращаться в обратную сторону и теряет устойчивость. Но если взять две «вращалки» и пустить их в разные, стороны, то их реактивные силы будут взаимно уничтожаться. Михаил Ломоносов впервые решил этот вопрос именно так, как он решается и в современных геликоптерах.

Михаил Ломоносов придумывает остроумный способ для того, чтобы испытывать свою «аэродромическую машинку». Он устанавливает под потолком два блока, через которые перекинута веревка. На одном конце веревки подвешивается «машинка», а на другом противовес — чашка  с гирьками. При спуске заведенной пружины крылатки начинают вращаться и увлекают «машинку» вверх, отчего противовес опускается.  Для того чтобы восстановить равновесие, надо снять с чашки одну или несколько гирек.

 

 

Этими схемами Ломоносов иллюстрировал свое исследование «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном». Воздух в шахтах будет находиться в покое только тогда, когда его плотность, а следовательно, и температура не будут отличаться от температуры и плотности наружного воздуха. Зимой в шахте наружный воздух плотнее внутреннего. Столб воздуха PH, изображенный на верхнем рисунке, окажется тяжелее, чем столб GK, и поэтому тяга пойдет по направлению, указанному стрелкой. По этой же причине столб воздуха LA (нижний рисунок) окажется зимой тяжелее, чем столб воздуха GD, и потому тяга пойдет в направления А — В — E—G Летом, когда наружный воздух теплее и легче внутреннего, воздушный поток в шахтах будет циркулировать в обратном направлении.

 

Испытания машины с машущими крыльями, производившиеся знаменитым исследователем Отто Лилиенталем в 1867 г. Как видно по этому рисунку, сделанному самим изобретателем, Лилиенталь применял тот же метод испытания, какой был предугадан Ломоносовым.

 

 

Ясно, что вес снятой нагрузки будет определять величину подъемной силы, развиваемой крылатками. Михаил Ломоносов предвосхитил тот метод испытания моделей с машущими или вращающимися крыльями, которым много позднее, в XIX в., пользовались почти все авиа изобретатели!

По признанию Михаил Ломоносова, его «машинка» облегчалась в весе всего на два золотника. Ученый вносил в конструкцию всевозможные изменения: усиливал пружину, облегчал коробку, вмещавшую пружину, разводил крылатки подальше одну от другой, заметив, очевидно, что при близком соседстве их работа менее эффективна. Однако добиться успеха не удалось. «Машинка» не могла поднять себя в воздух. Опыты, продолжавшиеся в течение всего 1754 г., были прекращены.

Попытки Ломоносова, конечно, и не могли увенчаться успехом. Стальные пружины не в состоянии обеспечить взлет геликоптерной модели с метеоприборами, даже самыми легкими по - весу. Это было убедительно доказано всем последующим опытом.

Многочисленные модели геликоптеров, построенные различными изобретателями в XVIII и XIX в. не имели никакого практического значения. Лучшие из них с трудом отрывали себя от земли. Спустя тридцать лет после работ Ломоносова в воздух поднялись первые воздушные шары братьев Монгольфье и проф. Шарля. Этими аэростатами стали с успехом пользоваться для метеорологических целей.

Сам Михаил Ломоносов, легко примирившись с неудачей своих «аэродромических» поисков, отнюдь не собирался отказываться от работ в области метеорологии, которым придавал очень серьезное, значение в народнохозяйственной жизни. В этой области он оказался новатором мирового масштаба и дал немало передовых и оригинальных теорий. Михаил Ломоносов указывал на необходимость международного объединения метеорологических работ и выступал с проектом устройства постоянных станций, оборудованных самопишущими приборами. Эти мысли на сто лет опередили действительность: только во второй половине XIX в. была создана постоянная международная метеослужба.

Что же касается геликоптеров, то эта идея Ломоносова была осуществлена много позднее. Только в самые последние годы появились геликоптеры, имеющие практическое значение. Эти машины, снабженные мощными современными моторами я поднимающие людей на значительную высоту, конечно, непохожи на первую «аэродромическую машинку», которую пытался построить Михаил Ломоносов. Тем не менее его работы над проблемой летания представляют огромный интерес. Ломоносов самостоятельно нашел совершенно правильное принципиальное решение этой проблемы. В своих работах, пусть неудачных, он сумел придумать такие схемы и применить такие приемы испытания, которые позже сделались общеупотребительными. Это ярко иллюстрирует блестящие научно-технического дарования великого русского ученого