Блеск и нищета К. Э. Циолковского - Гелий Салахутдинов

Корпус должен был быть полностью закрытым. Его форма выбиралась, видимо, в соответствии с представлениями К.Э. Циолковского о форме дирижабля, которые были им получены в ходе изучения сопротивления воздуха.

К.Э. Циолковский написал: "Мы видим еще колеса выдвигающиеся внизу корпуса" [88, с. 43]. На основе этой фразы некоторые авторы сделали вывод о том, что он предложил идею убирающегося шасси. Однако это не так, поскольку в работе [109] было дано разъяснение: "...6) чуть выдающиеся из корпуса колеса (еще не осуществлено, но шасси делается все ниже и ниже)" [109, с. 4].

Весь аэроплан должен был изготавливаться из металла (стали, алюминия), но при этом с "уменьшенной плотностью крыльев, которая должна уменьшаться пропорционально увеличению веса снаряда" [88, с. 28].

Это предложение его не совсем понятно, но представляется достаточно устойчивым, активно обсуждавшимся в этой работе. Он писал: "Не входя в технические подробности, ...берем их (т.е. сплавы - Г.С.) для наших крыльев и оставляем за собою способность уменьшать среднюю плотность произвольно, причем допустить, что прочностное сопротивление разрыву вещества уменьшается пропорционально уменьшению плотности" [88, с. 20].

И далее: "Уменьшение плотности на практике достигают только чрезвычайно искусным построением "рыхлой массы"... Незначительное изменение плотности, конечно, не хитрость, но нелегко разрядить вещество в 100-1000 раз" [88, с. 20].

Поскольку с увеличением размеров его аэроплана из соображений механического подобия относительная масса крыльев, как он считал, будет все больше возрастать, то средняя плотность крыльев должна уменьшаться пропорционально весу снаряда и в пределе они могут превратиться "в комообразные плохо действующие и невозможные на практике массы" [82, с. 22-23, пп. N 46, 48].

Он считал, что размеры аэропланов ограничены из-за этих двух противоречивых процессов: с одной стороны, увеличения массы крыльев, а значит, и требований по прочности, и, с другой - падения прочности из-за уменьшения плотности крыльев.

К.Э. Циолковский попытался провести и расчет этого аэроплана. Он исходил из предположения о том, что работа двигателя должна давать два слагаемых силы тяги: f1 - равная его весу, и f2 - равная аэродинамическому сопротивлению.

Автор работы [29], с присущей ему добротой, приписал К.Э. Циолковскому авторство в утверждении о том, что "давление на крылья встречного воздуха пропорционально синусу угла отклонения их от направления воздушного потока" [29, с. 35]. Однако это - недоразумение, поскольку сам К.Э. Циолковский писал о том, что этот закон был открыт до него и многократно подтвержден эмпирически Дачмином (1842 г.), Отто Лилиенталем (1889 г.), Марэем (1890 г) и выведен теоретически лордом Райлеем (1876 г).

Любопытно, что в своих рассуждениях он получил формулу, которую более, чем полвека спустя, вывел В.Ф. Болховитинов, назвав ее уравнением существования самолетов.

К.Э. Циолковский обратил внимание на то, что масса самолета Р равна массе отдельных его систем, т.е. двигателя (Рдв), корпуса (Рк), полезной нагрузки (Рн) и т.д. Тогда можно написать, что Р = Рдв + Рк + Рн ...

Если обе части разделить на Р, то получим это уравнение существования:

Мы не понимаем, почему эта формула после публикации книги В.Ф. Болховитинова привлекла к себе большое внимание. Во-первых, она тривиальна, а, во-вторых, ею автоматически пользовался и пользуется каждый конструктор в своей работе, хотя, быть может, и на стихийной основе. Вообще, одна из задач конструктора как раз и состоит в учете различного рода балансов. Например, для космических аппаратов можно составить энергетическое уравнение существования: U = Σ Ui

где: U - располагаемая мощность солнечных батарей или аккумуляторов, а в правой части стоит сумма величин энергии, потребляемой различными системами.

Аналогичные уравнения можно составить и для надежности, и для габаритов, и для стоимости.

Вернемся, однако, к расчету самолета К.Э. Циолковского и отметим, что приведенная им формула, касающаяся подъемной силы ("нормальная к крылу сила давления встречного воздуха"), была в принципе неверной, поскольку была взята из уже рассмотренной нами работы [101]. Дальнейшее рассмотрение методики этого расчета теряет смысл и мы этим заниматься не будем. Отметим только, что эта формула по нашим оценкам давала значительное превышение величины подъемной силы. В самом деле, расчетная нагрузка на мощность двигателя оказалась у него равной 4,5 кг/л.с. в то время, как у других исследователей эта цифра достигала 28 кг/л.с.

Это было время, заключенное, с одной стороны, созданием самолета А.Ф. Можайским и, с другой стороны, первым полетом братьев Райт в 1903 году. Этот период был наполнен творческим поиском изобретателей различных стран. С 1890 по 1897 год французский инженер К. Адер создал три самолета "Авион", пытаясь осуществить на них пилотируемый полет; в 1894 году самолет английского инженера Х. Максима при испытаниях потерпел аварию. В Германии вел серьезные подготовительные работы по проектированию самолетов инженер О. Лилиенталь, который с 1891 года совершал регулярные полеты на планерах собственной конструкции. В 1896 году начал аналогичные эксперименты с планерами американский профессор О. Шанют.

Перед изобретателями стояли в то время труднейшие задачи, связанные в частности, с выбором правильного профиля и формы крыла, компоновкой аппарата, его центровкой, в проектировании рулей высоты и направления. Ситуация усугублялась еще и отсутствием мощного и легкого двигателя. Каждый килограмм массы был на вес золота. Нечего было и думать, чтобы убирать шасси в полете или делать закрытую кабину.

Вместо того, чтобы попытаться решить хотя бы одно из существовавших в самолетостроении противоречий, он на основе грубой ошибки в вычислении подъемной силы, а также и других, отмечаемых здесь ниже ошибок, предложил совершенно умозрительный проект самолета с десятком пассажиров на борту. При этом он позаимствовал (иногда со ссылками, а иногда и без) отдельные технические решения у зарубежных авторов, объединив их в своем проекте.

После выхода в свет "Аэроплана..." все тот же VII Отдел ИРТО попросил инженера В.М. Катышева написать на этот труд рецензию. 8 мая 1895 года она уже поступила в Отдел.

Отзыв был разгромным и не только по существу, но и, к сожалению, по форме, поскольку рецензент нарушил неписаные правила критики трудов, принятые в науке: обсуждать проблему, а не осуждать автора

Рецензент прежде всего отметил, что К.Э. Циолковский получил столь благоприятные результаты расчетов, что сам этому удивился. И он далее процитировал К.Э. Циолковского: "Я долго не верил... и все искал в своих формулах ошибок; но, к сожалению, не отыскал их".

"Попробуем помочь в этих поисках г-ну Циолковскому", - продолжил он и тут же отметил еще две грубейшие ошибки.

Из рис. 6, взятого из работы К.Э. Циолковского, следует, что: f1 = 2 Fcos(i), a y К.Э. Циолковского: f1 = 2 Fsin(i) (коэффициент равный 2 учитывает два крыла - Г.С.).

Кроме того, он вычислил работу в виде:

 f1V =T1Ch

где:

V - горизонтальная скорость самолета; Ch - к.п.д. винта; T1- работа, затрачиваемая на преодоление силы притяжения Земли (рис. 6).

Это уравнение, как писал В. Катышев, "...представляет просто нелепость (выделено им), так как в нем работа представлена из "вертикальной слагающей f1", уравновешивающей ... "вес" Pv и "горизонтальной скорости снаряда по направлению его длины". В окончательном своем выводе В.М. Катышев отметил:

"Принимая все здесь изложенное во внимание, я пришел к заключению, что весь труд Циолковского требует коренного исправления и в настоящем виде непригоден к делу (здесь и далее подчеркнуто в тексте оригинала - Г.С.). Написана книга его таким языком, который позволяет думать о большом знакомстве автора с предметом, и при многочисленности формул она может легко способствовать распространению ложных взглядов. Вообще это одно из тех произведений, которые с апломбом затемняют вопросы... При том умении владеть математическими вычислениями, которым обладает г-н Циолковский, нельзя не пожелать, чтобы он применил свои познания к более серьезной работе и изучил законы природы и познал, что не все то верно, что выводится прямо и только при помощи одной математики" [8, с. 595].

С этим выводом в полной мере можно согласиться. Поскольку К.Э. Циолковский математике доверял безмерно, он, уличенный в непрофессионализме, в математических ошибках, больше к работам в области авиации не возвращался. Кроме того, к самолетам он по-прежнему относился без уважения, полагая что они во всем уступают дирижаблям. Он писал: "Итак про отношение наибольшего аэростата к аэроплану ... можем сказать так: во сто раз больше пассажиров и во сто раз меньшая энергия двигателей; во сто раз большая возможность исполнения и во 100 раз меньшие расходы на путешествие" [88, с. 39].