Вертолёт, 2005 № 04, стр. 18
Леонардо снабдил вал винта рукоятками: он предполагал, что этот винт будут вращать четыре человека (по числу рукояток), идущие по платформе. Намотанный на нижний конец вала трос (бухта) — альтернативный способ приведения вала во вращение.
Леонардо дал схему летательного аппарата, способного поднять человека в воздух за счет источника энергии, расположенного на самом аппарате. Этим аппарат Леонардо концептуально отличается от воздушного волчка, запускаемого в воздух посредством внешнего импульса.
Природу подъемной силы Леонардо видит в сопротивлении воздуха: «Муха при остановке в воздухе ударяет свои крылья с большой скоростью и шумом, выводя их из положения равенства и поднимая их вверх на длину этого крыла; и, поднимая, ставит крыло вперед под наклоном так, что оно ударяет о воздух почти ребром; а при опускании ударяет воздух плашмя…». И еще: «С такой же силой действует предмет на воздух, с какой и воздух на предмет». Возможно, Леонардо делал какие-то расчеты силы воздушного сопротивления. В пользу такого предположения говорит тот факт, что диаметр винта, указанный им, составляет около 7 метров: таким же он был и у первых вертолетов, которые человеку удалось поднять в воздух.
Отдельный вопрос — механизм привода Архимедова винта во вращение. Идущие от винта к платформе расчалки означают, что винт с валом, ферма крепления вала к платформе и сама платформа механически представляют собой единое целое. Стоящий на платформе человек, упираясь руками о рукоятку, пытается вращать вал винта. Но при этом он упирается ногами в платформу, которая получает импульс в противоположном направлении. Если платформа и винт связаны жестко, силы действия и противодействия остаются внутренними силами механической системы, они уравновешиваются и аппарат остается недвижим. В этом случае приходится признать, что предполагаемый механизм привода винта неработоспособен.
Здесь возможны два объяснения. Первое состоит в том, что закон равенства сил действия и противодействия Ньютон открыл два столетия спустя и Леонардо не мог его учесть. С другой стороны, Леонардо мог вообще не задумываться об этой проблеме, поскольку единственно важным для него было показать принципиальную возможность полета путем «ввинчивания» в воздух подобно тому, как обычный винт ввинчивается в дерево.
Рис. 2. Конструкция платформы геликоптера Леонардо да Винчи
Действительно, закон о равенстве действия и противодействия Ньютон сформулировал лишь в 1687 году. Вместе с тем, суждения Леонардо ясно показывают, что он интуитивно шел к пониманию этого закона: «Столько силы, сколько затратишь на натягивание своего лука, столько же выявится, когда лук будет спущен, и столько же возникнет в предмете, который приведет он в движение…». Действие силы реактивной отдачи Леонардо наблюдал сам, когда находился на службе у миланского герцога Альберто Моро и среди прочего занимался бомбардами и метательными орудиями.
Обратимся теперь к заметкам Леонардо, где он говорит о модели своего аппарата: «Можно сделать себе маленькую модель из бумаги, ось которой из тонкого листового железа, закручиваемая с силой, и которая, будучи отпущена, приводит во вращение винт».
Для развлечения придворных герцога Леонардо мастерил множество причудливых летающих игрушек. Среди них мог быть и Архимедов винт. Чтобы он взлетел, достаточно было закрутить металлическую ось с помощью изображенного Леонардо на эскизе ворота и отпустить модель. Тогда накопленная в металлической оси энергия упругости привела бы в противоположное и взаимно уравновешенное инерционными силами вращение винт и рукоятки ворота с нужным аэродинамическим эффектом. В нижней своей части рисунок Леонардо нечеток и допускает различные толкования. Одно из таких толкований представлено на рис. 2.
В показанной конструкции нет жесткой связи нижней части вала и платформы, которая выполнена не в виде диска, а в виде кольца. По внутренней поверхности кольца скользят лопатки, прикрепленные к нижнему концу вала. При этом рукоятки служат для закручивания упругого вала, который жестко закреплен на верхней опоре фермы. Люди, стоящие на платформе, или какая-то внешняя сила закручивают рукоятками вал настолько, насколько позволяет его прочность. При отпускании рукояток вал начинает раскручиваться. Расположенные на конце вала лопатки силами инерции и силами аэродинамического сопротивления замедляют скорость вращения вала. Аппарат с частью вала, расположенной выше точки его заделки на ферме, приобретает вращение в направлении, противоположном вращению скрученного вала с лопатками на его нижнем конце.
В действительности полет аппарата, имеющего две противоположно вращающиеся части, состоялся через 300 лет после рождения эскиза геликоптера Леонардо. Успех сопутствовал французским ученым Лануа и Бьенвеню. Два расположенных на одной оси двухлопастных винта они соединили упругой рессорой. Отсутствие фюзеляжа позволило сделать модель предельно легкой, с массой менее 100 грамм. За одну секунду она поднималась на три метра.
Изображенная на нашем рисунке конструкция платформы геликоптера Леонардо позволяет также идущим по поверхности кольца людям вращать винт Архимеда, не используя энергию закрученной оси. Находясь в воздухе, такая система с вращающимися вокруг одной оси навстречу друг другу частями, одна из которых — винт Архимеда, может создавать подъемную силу. Конечно, поднять человека в воздух геликоптер Леонардо не смог бы по энергетическим причинам. Даже в наше время не удается сделать винтокрылый мускулолет.
Геликоптер Леонардо обладает осевой симметрией. Это роднит его с современной схемой несущей системы соосного вертолета. Наличие только одного несущего винта заставляет отнести его к семейству одновинтовых. Впрочем, может быть, этот проект следует отнести к особому, пока еще не реализованному типу винтокрылых аппаратов.
…Если окинуть взглядом огромное пространство направлений науки и человеческих знаний, к которым прикоснулась мысль Леонардо, то станет ясно, что не огромное количество открытий и даже не то, что многие из них на годы опередили время, сделали его бессмертным. Главным в его творчестве остается то, что его гений в науке — это зарождение эпохи опыта. Все окружающее было для него гигантской лабораторией, где исследовались мысль и чувство.
Юрий САВИНСКИЙ, заместитель начальника отделения логистики фирмы «Камов»
Ш К О Л А
Из опыта летной работы
В.П. Колошенко в вертолете Ми-6
Василий Петрович Колошенко в особом представлении не нуждается. Он — живая история советского и российского вертолетостроения, человек-легенда, знакомство с которым для любого вертолетчика — большая честь и удача. Летчик-испытатель, Герой Советского Союза В.П. Колошенко повидал на своем летном веку немало. Две его книги воспоминаний под названием «Ангел-спаситель» читаются взахлеб, и не только потому, что насыщены удивительными событиями и фактами, но и потому, что очень хорошо написаны. Убедиться в этом можно, прочитав материал, который Колошенко любезно предоставил для публикации нашему журналу.
С началом конструкторских разработок, создания и применения вертолетов в армии и народном хозяйстве возникло множество вопросов. И один из главных: как действовать при отказавших в полете двигателях, чтобы сохранить жизни пассажиров и экипажа вертолета, имея в распоряжении всего несколько секунд?
Вначале хочу обратить внимание читателей на одну из особенностей всех вертолетов: висит ли вертолет у земли без груза или с максимальным грузом, летит ли на максимальной скорости у земли или на большой высоте — несущий винт должен вращаться с постоянной скоростью. Скажу об этом по-другому: допустим, несущий винт конкретного вертолета рассчитан на вращение три оборота в секунду. И независимо от загрузки вертолета, независимо от скорости и высоты полета вертолета и даже при выключенных в полете двигателях и снижении на самовращении несущего винта винт должен вращаться в ту же сторону со скоростью три оборота в секунду. Увеличение оборотов недопустимо, так как приводит к перенапряжению лопастей, шарниров подвески лопастей несущего и рулевого винтов, трансмиссий. Достаточно сказать, что каждая лопасть вертолета типа Ми-8 развивает центробежную силу до 20000 кг, а лопасть Ми-6 — около 100000 кг. Уменьшение оборотов несущего винта также недопустимо, так как приведет к уменьшению его КПД, следовательно, к уменьшению подъемной силы несущего винта и увеличению вертикальной скорости снижения на самовращении. И как следствие — неуправляемое падение вертолета.