(Время прочтения – 15 минут)
«Начиная новое дело, надо быть готовым даже к
тому, что у вас всё получится»
(юмор новаторов)
Давно
известно: когда людей смущает некая новая идея, их следует сначала подготовить,
затем изложить идею и, наконец, объяснить им, что вы сказали. Нижеследующий
материал, написанный инженером-физиком по образованию (которому не чуждо
конструирование) и журналистом по профессии, будет излагаться в строгом
соответствии с этим общепризнанным среди популяризаторов науки принципом.
Часть 1, подготовительная.
Автомобили
давно и прочно вошли в наш повседневный быт. Многие из нас не мыслят без
«железных коней» своей жизни. Их диапазон, в зависимости от назначения,
чрезвычайно широк – от миниатюрных городских легковушек до гигантских
большегрузов. Число автомобилей на наших дорогах стремительно растёт, чего, к
сожалению, нельзя сказать о количестве и качестве самих дорог. Многочасовые
«пробки», загазованность воздуха и многочисленные ДТП стали привычной картиной
уже не только в мегаполисах, но и в городах с более чем средней численностью
населения. Все эти «прелести» мы ежедневно можем в изобилии увидеть в реале, по
телевидению или в Интернете. Выражаясь языком геометрии, человечеству для
быстрого и безопасного перемещения уже не хватает двухмерного плоского
пространства. Особенно это актуально для нашей страны, где традиционно три беды
– дороги, дураки и дураки, которые строят дороги, и в некоторые места которой
можно только долететь. Рассмотрению последнего обстоятельства посвящена
следующая глава этого сравнительно короткого повествования.
Часть 2, теоретико-историческая.
Итак, что мы
имеем в плане летательных аппаратов на сегодняшний день? По большому счёту,
здесь два варианта – самолёт и вертолёт. Самолёт для города абсолютно
неприемлем – для взлёта и посадки ему нужна довольно протяжённая и ровная
полоса, вполне достаточная для движения доброго десятка автомобилей. Это
во-первых. А, во-вторых, изначальный недостаток всех без исключения самолётов –
подъёмная сила возникает только на скорости, из-за чего взлёт и посадка опасны
не только для тех, кто летит, но и для тех, кто едет под ними. Один частный
самолёт в случае падения может легко «похоронить» под собой опять же добрый
десяток ничего не подозревающих авто.
Вертолёт, в
отличие от самолёта, во взлётно-посадочной полосе не нуждается и может сесть
практически где угодно. Но у него есть другие недостатки – большой расход
топлива и уязвимый для повреждений винт. Винт вертолёта – это очень узкое,
тонкое и длинное самолётное крыло, вращающееся по кругу, плюс автомат перекоса,
слегка наклоняющий винт вперёд и создающий горизонтальную тягу. Стоит
вращающимся винтом слегка задеть за какое-либо препятствие – и вертолёт вместе
с пассажирами камнем падает вниз, разбиваясь вдребезги и опять-таки хороня под
собой ничего не подозревающих автомобилистов и прочее мирное гражданское
население.
Итак, мы
приходим к выводу, что летать по городу на самолётах неудобно, на вертолётах –
дорого, на тех и на других – небезопасно для себя и окружающих. Есть ли выход
из этой, казалось бы, безвыходной ситуации? Оказывается, есть.
На заре авиации, в первые годы прошлого века,
француз румынского происхождения Анри Коанда, авиаконструктор по профессии,
задумался – а зачем вообще получать подъёмную силу, разгоняя крыло относительно
воздуха? Не проще ли (и безопаснее) разгонять воздух относительно неподвижного
крыла?! Дело было в 1910 г .,
реактивных двигателей не было и в помине, поршневые только появились и были
довольно громоздкими и ненадёжными. Коанда же мастерил одноместный миниатюрный
летательный аппарат типа тогдашних автомобилей.
Чтобы
заставить воздух вырываться из надкрыльных щелей, конструктор использовал
мощную газовую горелку внутри пустотелого и загерметизированного фюзеляжа обычного
небольшого самолёта. Первый и последний полёт этого летательного аппарата был осуществлён лично Анри Коанда в октябре 1910 г . Самолёт пробежал
несколько метров, оторвался от земли, но из-за отсутствия рулевого управления
врезался в сарай-ангар и сгорел дотла. Коанда чудом спасся, став впоследствии
известным авиаконструктором. Он неоднократно использовал эффект, получивший его
имя, для резкого уменьшения длины взлёта и посадки реактивных самолётов
(размещая реактивный двигатель в кольцевом пространстве над поверхностью
крыла). Однако дальше этого дело не пошло, по крайней мере, в Европе и Америке.
Иначе
обернулось дело в нацистской Германии. Бросив на полпути сложный, дорогостоящий
и малопонятный проект атомной бомбы, ведущие конструкторы Третьего Рейха,
создающие всё, что способно быстро летать, были нацелены Гитлером на создание
принципиально нового оружия. В результате к концу войны появились ракеты
«Фау-2», бомбардировавшие Англию, реактивные «Мессершмидты» и «Фоккевульфы», а
также бывший какое-то время загадкой так называемый «диск Белонце». Он получил
своё название в честь одного из четырёх конструкторов, работавшего в секретной
лаборатории близ Праги. Ему единственному пришла в голову идея использовать
эффект Коанда,- возникновение внушительной дополнительной подъёмной силы при
продувании раскалённых выхлопных газов двигателя над несущей поверхностью через
щелевые сопла, - для создания с помощью одного двигателя и вертикальной, и горизонтальной
тяги одновременно. Отличительной особенностью этих дисколётов была невероятная
манёвренность, многократно превосходившая манёвренность истребителей
американцев, пытавшихся их уничтожить. Однако переломить ход войны это «чудо-оружие»
уже не успело.
Тем временем
эскизы и расчёты Белонце стали достоянием как англоамериканской, так и
советской разведок. В результате с обеих сторон были созданы как боевые, так и
транспортные дисколёты, изредка попадающие сегодня в объективы фото- и видеокамер. Но эти «НЛО»
имеют чисто земное военное происхождение, ведущие свою историю примерно с конца
1950-х годов, а вовсе не инопланетное, как нам пытаются это доказать отдельные
псевдонаучно-популярные журналы и телеканалы.
Часть 3, прагматическая.
На взгляд
автора, небо над городами военным дисколётам не особо и нужно, - они
предназначены для оперативных действий на больших пространствах, которых в
России более чем достаточно. В небе же над городами, особенно мегаполисами,
могли бы вполне уютно и безопасно устроиться аэрокатера, работающие с помощью
винтов, приводимыми во вращение лёгкими
мотоциклетными двигателями. Засасываемый через вертикальное кольцевое
отверстие, воздух с помощью плавно усечённого конуса, переходящего в щелевые
сопла, продувается над гладкой горизонтальной плоскостью в виде диска, создавая
внушительную удельную подъёмную силу (по расчётам автора, способную достигать
величины до 150
килограммов на каждую лошадиную силу двигателя). Для
создания горизонтальной скорости достаточно закрывать часть сопел, «дующих»
вперёд, после чего их расход перераспределится
в щели, «дующие» назад. В результате аэрокатер получит крен на носовую
часть и полетит вперёд подобно вертолёту. Прикрывая правые или левые сопла,
можно управлять движение вправо-влево. Таким образом, всё управление
аэрокатером (дисколётом) можно осуществлять с помощью одного-единственного
штурвала и педали газа.
Часть 4, для любителей физики и математики.
Ниже приведены основные расчётные формулы подъёмной силы и мощности на
винте. Всё это делает
изложение доступным для всех, начиная от студентов-первокурсников и кончая
специалистами по аэродинамике.
Величина
подъёмной силы будет равна динамическому давлению в воздушном потоке,
умноженному на площадь несущей поверхности:
F=PS=ρv2/2π(R2-r2) – в Ньютонах.
Мощность на
винте будет равна плотности воздуха, умноженной на его объёмный расход и квадрат
скорости, делённые на два:
N=ρQv2/2 (1)
Так как
объёмный расход равен произведению сечения всасывания на его скорость:
Q=πR2всас v/2 (2),
То, подставляя
(2) в (1), получаем итоговую формулу требуемой мощности на винте: «пи»,
делённое на 4, умножить на плотность воздуха, на квадрат радиуса всасывающего
отверстия и на куб скорости истечения воздуха:
N=πρR2всасv3/4 - в Ваттах.
Разделив F на N, мы получим удельную
подъёмную силу на единицу мощности, что после пересчёта даст нам по 175 килограммов на
лошадиную силу мощности двигателя. Для сравнения: у вертолётов и самолётов она
минимум в 5-10 раз меньше.
Часть 5, заключительная. Зачем нам всё это?
Да много
зачем. Города наконец избавятся от «пробок», аварий с многочисленными жертвами
каждый день, от выхлопных газов и смога, все мы сможем спокойно перемещаться
внутри городов или между ними за считанные минуты или часы соответственно.
Станут доступны самые недоступные уголки нашей страны, из которых можно будет
вывести что угодно в любом количестве с минимальными по сравнению с
традиционным транспортом затратами. Научный прогресс неумолим, и завтра, может
быть, кого-то другого посетит эта идея. А так хочется, чтобы Волгодонск вошёл в
историю не только как «атомный» город, но и как родина первого гражданского аэрокатера,
перевернувшего мир.
Комментариев нет:
Отправить комментарий