Крылатый стимпанк: самолёты на паровой тяге
«Ариэль» Хенсона и Стрингфеллоу, рекламная гравюра 1843 года
Мечта человечества о полёте началась с подражания птицам. И поначалу казалось, что для того, чтобы подняться в небо, хватит собственных сил человека. Сделал крылья, как инженер Дедал из мифа, привязал их к рукам, взмахнул — и летишь. Практика, разумеется, быстро показала, что не всё так просто. О том, что летать, махая крыльями, мы не научились до сих пор (и почему это так), мы возможно, поговорим как-нибудь в другой раз. Сейчас — о том, что мускульных усилий человека для нормального полёта недостаточно и нужен какой-никакой двигатель. Именно его отсутствие надолго застопорило любые практические работы в этом направлении — не лошадь же в самолёт запрягать, в самом деле?
Сильно позже, конечно, придумали воздушный шар, а потом и дирижабль, были воздушные змеи и планеры, но идея создания самолёта, то есть, аппарата тяжелее воздуха, способного совершать устойчивый самостоятельный полёт — не оставляла изобретателей. И когда в XIX веке появилась паровая машина, её, разумеется, быстро попытались приспособить к делу.
Про проекты, оставшиеся на бумаге, мы говорить не будем. Их было такое количество, что из одного только перечисления без подробностей, получится полноценный (правда, скучный) лонгрид. Рассмотрим только те паровые самолёты, которые были построены (в натуральном виде или хотя бы в виде тестовой модели).
Первым из задокументированных стал проект британских инженеров Уильяма Хенсона и Джона Стрингфеллоу, известный как «Летающая паровая повозка» (Aerial Steam Carriage), а также под более романтичным именем «Ариэль». Задумка была смелой — не просто взлететь, продемонстрировав саму возможность подобного, а устроить настоящую коммерческую авиалинию. Основной целью «Ариэля» была перевозка пассажиров, грузов и почты. По мысли авторов, «летающая повозка» должна была перевозить 10–12 человек (или аналогичный по весу и объёму груз) на расстояние до тысячи миль (около 1600 км) со скоростью порядка 80 км/ч. Конструкцию Хенсон и Стрингфеллоу запатентовали в 1842 году, а уже в следующем при участии ещё нескольких энтузиастов создали «Компанию воздушных перевозок» (Aerial Transit Company). Основной целью предприятия был сбор средств на постройку первого экземпляра «повозки».
Была развёрнута широкая рекламная кампания — многочисленные открытки и плакаты изображали «Ариэль», летающий на фоне красивых экзотических пейзажей. У обывателя при взгляде на них вполне могло сложиться впечатление, что машина вполне реальна, и что отправиться в путешествие по небу можно будет в ближайшем будущем так же просто, как на дилижансе. Реальность оказалась куда более скромной. Хенсон и Стрингфеллоу испытали небольшую модель своего самолёта, оснащённую миниатюрной паровой машиной. Её испытали в помещении, опасаясь, что на открытом воздухе ветер опрокинет и повредит конструкцию. Модель смогла оторваться от пола, но полноценным полётом этот подскок нельзя было бы назвать при всём желании. Позже была построена вторая модель — улучшенной конструкции и увеличенного размера, а размах её крыльев был больше шести метров. Она также не показала впечатляющих результатов, и «Компания воздушных перевозок» развалилась. Публика осталась с мнением, что вся идея летающих машин для перевозки грузов и пассажиров изначально была мошенничеством, призванным выманить деньги у легковерных глупцов.
Модель самолёта дю Тампля
Следующая попытка создания парового самолёта была предпринята сильно позже. К тому моменту управляемый полёт уже не был красивой фантазией — появились дирижабли. Французский морской офицер Феликс дю Тампль запатентовал свой вариант самолёта в 1857 году. Машина была весьма продвинутой — например, каркас должен был быть алюминиевым, предусматривалось убирающееся в полёте шасси, оснащённое амортизаторами. После долгих, занявших почти десять лет, экспериментов с моделями, оснащёнными пружинным приводом — дю Тампль приступил к постройке полноразмерного самолёта. Быстро выяснилось, что уровень технологий Европы 1860-х недостаточно высок для полноценной реализации смелого замысла. Конструкция получилась перетяжелённой и неуклюжей.
Пытался ли дю Тампль летать на своём самолёте — достоверно неизвестно. Общепринятая версия гласит, что таки да, попытка полёта произошла в 1874 году — и машине даже удалось ненадолго оторваться от земли, подпрыгнув в воздух. Однако — это вызывает сомнение у ряда исследователей, так как сам дю Тампль считал проведение лётных испытаний опасной затеей. За почти десяток лет, в течение которых самолёт дорабатывался и переделывался, его конструкция утратила прочность. Неизвестно даже — был ли этот самолёт паровым. По разным данным, в качестве двигателя могла использоваться как паровая машина, так и «калорический двигатель» конструкции Джорджа Келли (по принципу действия он был похож на паровой, только в котле не испаряли воду, а нагревали сжатый воздух), и двигатель внутреннего сгорания конструкции Этьена Ленуара. Впрочем, учитывая длительность экспериментов и доработок, дю Тампль, скорее всего, успел попробовать все эти варианты, а может, и какие-то ещё. Самолёт дю Тампля является первым в мире, построенным «в натуре» — даже если он не отрывался от земли, он в любом случае занял место в истории.
Модель самолёта Можайского, демонстрируемая в Московском политехническом музее
Вторым из известных истории построенных самолётов стал «воздухолетательный снаряд» российского морского офицера Александра Можайского. Кстати, не стоит удивляться сходству профессий Можайского и дю Тампля — в те времена военно-морской флот был средоточием максимально высоких технологий. Логично, что именно из его рядов появлялись люди, способные сконструировать и воплотить «в железе» такую сложную вещь, как самолёт.
Как и зарубежные коллеги, Можайский начинал с моделей. Для постройки натурного образца он в 1877 году запросил финансирование у военного ведомства, но комиссия, изучив проект, отказала, указав на ряд недостатков. Отмечалось отсутствие средств управления креном, что может представлять опасность в полёте, и недостаточная мощность двигателя. Можайскому пришлось строить самолёт на собственные деньги — ведомство согласилось лишь выделить под строительство и испытания участок земли. Изначальным проектом предполагалась установка на самолёт двух двигателей внутреннего сгорания, работающих на нефти, но, ознакомившись с ними поближе, Можайский счёл их недостаточно эффективными. Он разработал им на замену максимально облегчённые паровые машины, изготовление которых заказал в Англии.
Про испытания самолёта Можайского известно примерно столько же, сколько про испытания самолёта дю Тампля, то есть почти ничего. Документальных свидетельств нет, а воспоминания очевидцев расходятся — даже точную дату попытки полёта установить не получается. Понятно только, что это произошло летом — где-то в интервале от 1882 до 1884 года включительно. Описание произошедшего также сходится в общей сути, но разнится в деталях. Плюс-минус достоверно можно понять, что самолёт с пилотом на борту разогнался по деревянным направляющим, но был опрокинут налетевшим ветром. Машина опрокинулась и сломалась, пилот получил травмы. Некоторые утверждают, что самолёт при этом всё же сумел на короткое время оторваться от земли. Позднейшие расчёты авиаконструкторов показывают, что хотя самолёт и был сильно перетяжелён (минимум в полтора раза тяжелее проектной массы), а двигателям не хватало мощности (на что справедливо указывала комиссия), теоретически короткий подскок был возможен. Если пилот выжимал из машины максимум, она могла кратковременно превысить номинальную мощность, и тогда резкого порыва встречного ветра могло хватить для небольшого подскока машины. Опять же, независимо от того, сумел ли «снаряд» Можайского оторваться от земли или нет, он остаётся в истории как второй построенный самолёт на планете и первый — в России.
«Эол» Клемана Адера (современный рендер)
В 1890 году, когда Александр Можайский скончался, так и не завершив доработку своего самолёта, во Франции прошло испытание аппарата под названием «Эол». Эта машина была создана инженером по имени Клеман Адер. Она представляла собой кабину с перепончатым крылом, созданным по подобию крыльев летучей мыши, и приводилась в движение четырёхцилиндровым паровым двигателем собственной разработки, который вращал четырёхлопастный пропеллер. Никаких официальных документов об испытаниях снова нет, но сам Адер утверждал, что сумел оторваться от земли, пролетев около полусотни метров на высоте в пару десятков сантиметров. Впрочем, управляемого полёта в любом случае не удалось бы достичь, поскольку «Эол» не имел никаких органов управления.
«Эол III» — рисунок из книги Клемана Адера «Военная авиация», 1909 год
Как бы то ни было, проект Адера вызвал интерес тогдашнего французского министра обороны, и было выделено финансирование на постройку улучшенной версии. Её Адер представил в 1897 году и назвал «Эол III» (вторая версия потерялась где-то в промежутке, оставшись не достроенной). От первого самолёта новый отличался увеличенными размерами и установкой двух паровых машин более высокой мощности (а также, соответственно, двух пропеллеров). Кроме того, самолёт, наконец, снабдили рулём поворота. Никаких органов управления по вертикали и крену всё ещё не было, но хотя бы горизонтальную навигацию можно было осуществлять. Испытания «Эола III» проходили на военной базе Сатори близ Версаля и были официально сочтены неудачными. Адер заявлял, что ему удалось пролететь более ста метров, но военных это, очевидно, не впечатлило, и проект свернули.
Самолёт Максима на испытаниях
Самым удачливым из ранних конструкторов паровых самолётов стал американский изобретатель Хайрам Максим. Да, тот самый, который известен своим пулемётом, но помимо пулемёта, он разработал ещё очень много вещей — от автоматического огнетушителя и щипцов для волос до, собственно, самолёта. Последним он занялся на закате своей карьеры. Большая и сложная конструкция (в финальном варианте предполагалось пять пар несущих плоскостей!) была максимально оптимизирована под снижение сопротивления и создание подъёмной силы. Даже трубки парового конденсатора были в сечении не круглыми, а каплевидными. Две паровых машины, работавшие на лигроине, вращали два пропеллера диаметром более пяти метров каждый.
Было разумно решено не отправляться в свободный полёт сразу же, а для начала проверить, сможет ли машина оторваться от земли. Для этого её поставили на колёса, катящиеся внутри деревянных коробов. Такая система должна была обеспечивать самолёту устойчивость и, позволяя ему приподняться над землёй, не давать при этом уйти в отрыв. Испытания состоялись в 1894 году и были сочтены частично успешными. Самолёт сумел подняться в воздух, уперевшись в ограничители. Развитая им подъёмная сила, по расчётам, почти на тонну превысила собственную массу. Изучив результаты, Максим решил, что выпускать самолёт в воздух смысла нет — он вполне здраво рассудил, что у него будут проблемы с устойчивостью и не будет хватать мощности для нормального полёта.
Собственно, именно в этом и заключались общие проблемы всех перечисленных проектов. Во-первых — им всем отчаянно не хватало мощности. У паровой машины слишком невыгодное соотношение собственной массы к выдаваемой мощности. Как ни старайся облегчить конструкцию, а двигатель внутреннего сгорания всё равно будет лучше. Во-вторых, даже пытаясь «мыслить трёхмерно», конструкторы думали максимум об управлении по горизонтали и вертикали, полностью игнорируя поперечное управление (то есть управление креном). Понятно, что это происходило от отсутствия опыта, но сути дела не меняло — любой боковой ветер приводил к тому, что самолёт заваливался и терял устойчивость.
Карл Ниберг и его «Муха»
Тем не менее энтузиастов было не остановить. Хотя на рубеже XIX-XX веков уже существовали вполне приличные бензиновые моторы, кое-кто продолжал попытки взлететь на силе пара. Шведский изобретатель Карл Ниберг на протяжении четверти века (с 1897 до 1922) строил и дорабатывал самолёт собственной конструкции, который назвал Flugan («Муха»). Паровая машина, которую он установил на своё детище, развивала всего 10 лошадиных сил, но при этом обладала более высокой энерговооружённостью, чем бензиновый двигатель, установленный на самолёте братьев Райт. Но у братьев Райт удачнее была конструкция как таковая, и поэтому их самолёт так-сяк, но всё же летал, а Ниберг от своей «Мухи» так и не смог добиться ничего серьёзнее небольших подскоков.
Самолёт Уайтхеда, рисунок из газеты Bridgeport Herald, 1901 год
Американский изобретатель немецкого происхождения Густав Уайтхед (урождённый Вайскопф) в своё время наделал много шума своими заявлениями о том, что якобы совершил успешный управляемый полёт на четыре года раньше упомянутых братьев Райт. Весной 1899 года в Питтсбурге он вроде как испытал свой паровой самолёт и смог подняться на нём в воздух, но врезался в здание, из-за чего власти города запретили ему дальнейшие эксперименты. Надёжных подтверждений этому нет, как нет и свидетельств полётов его более поздних конструкций, приводившихся в действие керосиновыми двигателями внутреннего сгорания. Но, как и в любой «серой зоне» истории, есть большое количество людей, считающих, что полёты Уайтхеда имели место быть.
Ангар Лайама Гилмора с самолётами его конструкции
Похожая история произошла и с Лайамом Гилмором из Калифорнии. Он заявил журналистам, что в 1902 году совершил успешный полёт на самолёте собственной конструкции, оснащённом паровым двигателем. Правда, все доказательства этого полёта вместе с двумя построенными Гилмором самолётами сгорели в пожаре, который случился за год до интервью. Самолёты действительно существовали и зафиксированы на фотографиях — их было два, ранняя версия меньшего размера и поздняя, побольше. Но вот могли ли они летать — теперь уже достоверно установить не получится.
Bristol Tramp
Впрочем, не одними лишь авантюристами-одиночками обозначен путь паровых самолётов. После окончания Первой мировой войны фирма Bristol и Королевская компания паровых пакетботов (Royal Mail Steam Packet Company) из Великобритании решили заняться пассажирскими самолётами. Опыта работы с двигателями внутреннего сгорания у RMSPC не было, зато имелось самое близкое и плотное знакомство с паровыми турбинами, которыми и оснащались те самые пакетботы (скоростные почтовые суда). За прототип взяли бомбардировщик Braemar той же фирмы Bristol — у него по первоначальному проекту двигатели должны были располагаться в фюзеляже, соединяясь с пропеллерами на крыльях при помощи карданных валов. Это было похоже на устройство машинного отделения корабля, так что решили попробовать сделать примерно то же самое, только с двумя паровыми турбинами. Увы, задумка оказалась неудачной. Во-первых, так и не удалось создать достаточно лёгкого и надёжного парового котла для питания турбин. Во-вторых, сами турбины оказались чрезмерно мощными — суммарно они выдавали три тысячи лошадиных сил, в то время как конструкция самолёта была рассчитана на 1600 лошадей. В итоге всё ограничилось постройкой двух прототипов, получивших название Bristol Tramp, но они были оснащены обычными бензиновыми двигателями и даже с ними не летали — слишком много проблем вызывали карданные передачи.
Самолёт Travel Air с паровым двигателем
Единственным паровым самолётом, который успешно летал, стал переделанный биплан Travel Air. Эти машины, выпускавшиеся одноимённой фирмой в 1925–30 годах, были распространены в США и наибольшую известность получили благодаря тому, что исполняли роль немецких аэропланов в голливудских фильмах про Первую Мировую. И вот один из самолётов было решено переделать в паровой. За дело взялись Джордж и Уильям Беслеры. Им в руки попала значительная часть оборудования и документации фирмы Doble, занимавшейся элитными паровыми автомобилями и закрывшейся из-за коммерческого неуспеха. Помог им Натан Прайс — бывший инженер той же фирмы Doble. Вместе они создали работающий на нефти компактный паровой двигатель мощностью 150 лошадиных сил и установили его в Travel Air. С этой экзотической силовой установкой самолёт совершил ряд успешных полётов в 1936 году, но по итогам концепция была сочтена бесперспективной. Двигатели внутреннего сгорания были эффективнее по всем параметрам.
На этом история паровых самолётов закончилась. Позже были отдельные проекты, но практического воплощения они не нашли. Например, в Великобритании фирма Aero Turbines Limited пыталась разработать паровую турбину, пригодную для использования в авиации, но не достигла успеха. Сумрачный тевтонский гений в годы Второй мировой войны рассматривал возможность установки паровых турбин на стратегический бомбардировщик Me.264A, но они так и остались на бумаге. Ну, а позже, когда появилась полноценная реактивная авиация, паровая тяга окончательно отошла в область древней истории.
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на все тарифы VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.
