Вертолёт, 2004 № 02 - [35]

 , определим мощность, потребную для создания тяги 0,01 кг;

— исходя из величины работы, определим объем пружинки по формуле v = Апр/α, где α = δ²/6E где δ и Е — допускаемое напряжение изгиба и модуль упругости для стали (с учетом неравномерности нагружения витков спиральной пружины примем δ = 4000 кг/см², Е = = 2000000 кг/см²);

— исходя из объема пружинки, определим ее вес (удельный вес стали 7,8 г/см³);

— по формуле подобия Т = (С_yo)/6,4 * F_нв * ρ/2 * (ωR)² (здесь δ — коэффициент заполнения, равный отношению площади всех лопастей к площади винта; F_нв — площадь винта, м²; ρ — массовая плотность воздуха на уровне моря, ρ = 0,125 кг-с² /м⁴) вычислим частоту вращения винта ω, 1/с, затем скорость вращения винта и скорость конца лопасти;

— определим суммарный вес лопастей и спиральной пружины.

Результаты расчетов сведем в таблицу.

Видно, что при увеличении диаметра винтов чрезмерно растет вес лопастей, а при малых размерах начинает превалировать вес пружины. Минимальный вес винтов с пружиной достигается при радиусе винта 0,2 м. Однако при этом слишком высоки обороты винтов — раскрутка потребовала бы значительной части энергии пружины. Реальнее всего выглядят результаты, которые дают винты с радиусом 0,3 м. Здесь вес лопастей и пружины немного выше минимума — 35 г, зато обороты винтов более реальны. С фюзеляжем — капсулой и деталями привода винтов вертолет Ломоносова такой размерности мог весить около 100 г.

Мысль об использовании закрученной стальной пружины в качестве источника энергии летательного аппарата за 266 лет до опытов Ломоносова высказал другой великий изобретатель — Леонардо да Винчи. Одно из примечаний Леонардо к известному эскизу прообраза вертолета гласило:

«Можно сделать себе маленькую модель из бумаги, ось которой — из тонкого листового железа, закручиваемая с силой, и которая, будучи отпущена, приводит во вращение винт».

Однако хотя стремление покорить воздушную стихию на протяжении всего жизненого пути Леонардо оставалось одним из важных стимулов его инженерного творчества, никаких свидетельств о реальном воплощении его идей в этой области не осталось.

Беспилотный летательный аппарат соосной схемы Ка-137.

Таблица 1. Результаты расчетов

Радиус винта, м	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
Вес лопастей, г	2	8	19	34	51
Потребная мощность, л.с.	3,0	1,5	1,0	0,75	0,6
Потребная работа, кгм	6,9	3,45	2,3	1,7	1,4
Объем пружины, см³	5,4	2,7	1,8	1,3	1Д
Вес пружины, г	42	21	14	10	8
Частота вращения винта, 1/с	179	45	20	11	7
Скорость вращения винта, об/мин	1710	430	190	105	67
Скорость конца лопасти, м/с	17,9	9	6	4,4	3,5
Вес лопастей и пружины, г	44	29	33	44	59

Ломоносов специально не занимался проблемами летания. С рукописями Леонардо да Винчи он не мог быть знаком, так как они были опубликованы лишь в 1880–1890 гг. Попытку построить летающую машинку русский ученый предпринял для решения сугубо практической задачи в связи со своими исследованиями атмосферных электрических явлений. Построенный по задумке Ломоносова аппарат имел все главные признаки современного вертолета: фюзеляж, несущие винты, источник энергии, трансмиссию. Впервые на модели был реализован способ взаимного уравновешивания реактивных моментов винтов путем их противоположного вращения.

Очевидно, что запасы энергии стальной пружины недостаточны для того, чтобы создать подъемную силу винтов фюзеляжной модели вертолета. Ломоносов, видимо, быстро осознал этот факт. Работу над аппаратом он прекратил и больше к нему не возвращался. «Аэродромическая машинка» осталась отдельным, но в то же время ярким и важным эпизодом в многогранной и плодотворной деятельности корифея русской науки.

Автор выражает признательность С.В. Селеменеву за помощь, оказанную при работе над статьей.

Юрий САБИНСКИЙ, фирма «Камов»