Вертолет Ломоносова

Наш великий соотечественник, ученый, поэт и изобретатель М. В. Ломоносов в начале 1754 г. сделал сообщение в Российской академии наук, которое записано в протоколе заседания академии так:

«Господин советник и профессор Ломоносов собранию представил о машинке маленькой, которая бы вверх подымала термометры и другие малые инструменты метеорологические, и предложил оной же машины рисунок; того ради господа заседающие оное его представление опробовали и положили канцелярию Академии наук репортом просить, чтоб соблагсиволено было приказать реченную машину по приложенному при сем рисунку для опыта сего изобретения сделать под его господина автора смотрением мастером Фуциусом. И о вышеописанном в виду протокола академического собрания марта 4 дня 1754 г.»

Таким образом, мы видим, что идея создания первого в мире летательного аппарата тяжелее воздуха возникла у Ломоносова в связи с потребностью исследования верхних слоев атмосферы.

Представлен чертеж «аэродромической машинки» вертолета Ломоносова. Этот первый в мире вертолет показан в момент испытания, после того как он предварительно был уравновешен грузиками на балочных весах.

В протоколах академии от 1 июля 1754 г. записано:
«Бысоко-почтенный советник Ломоносов показал изобретенную им машину, называемую им аэродромической (воздухо-бежной), которая должна употребляться для того, чтобы с помощью крыльев, движимых горизонтально в различных направлениях силой пружины, какой обычно снабжаются часы, нажимать воздух (отбрасывать его вниз), отчего машина будет подниматься в верхние слои воздуха, с той целью, чтобы можно было обследовать условия (состояние) верхнего воздуха посредством метеорологических машин (приборов), присоединенных к этой аэродромической машине. Машина подвешивалась на шнуре, протянутом по двум блокам, и удерживалась в равновесии грузиками, подвешенными с противоположного конца. Как только пружина заводилась, [машина] поднималась в высоту и потому обещала достижение желаемого действия.»

Рассматривая чертеж, мы видим, что модель имела два соосных четырех-лопастных винта, которые вращались в противоположные стороны.

Для чего же это сделано?

Чтобы привести в движение любое тело, нужна сила. Сила возникает в результате взаимодействия, по крайней мере, двух тел. Причем сила действия первого тела на второе равна по величине силе воздействия второго тела на первое, но имеет обратное направление. Крыло, например, создает подъемную силу, взаимодействуя с воздухом. Оно, отбрасывая воздух вниз, само получает подъемную силу, направленную вверх. Эта вторая ответная сила носит название силы реакции.

Если сила проходит через центр тяжести тела, то тело движется поступательно. Если же сила действует на тело в стороне от центра тяжести, то тело получает также и вращательное движение вокруг центра тяжести. В этом случае говорят, что тело вращается под действием момента силы. Величину момента силы можно подсчитать, если умножить величину силы на ее кратчайшее расстояние до центра тяжести (на плечо ее действия).

Так же, как всякой силе противостоит реактивная сила, так и момент силы влечет за собой появление реактивного момента.

Рассмотрим возникновение реактивного момента на примере.

Показан воздушный винт, который может свободно вращаться на подставке.

Если на винт воздействует сила Л, проходящая через центр тяжести, лежащий на оси вращения винта, то винт, не вращаясь, вместе с подставкой начнет перемещаться в направлении действия силы. Реактивная сипа В будет воздействовать на палец руки в обратном направлении.

Где же в этом случае сила реакции? Сила реакции В в этом случае будет действовать со стороны лопасти винта на руку.

Будет ли при этом возникать реактивный момент, воздействующий на подставку? Конечно, нет.

Пусть крутящий момент винту будет сообщен не рукой, а часовой пружиной, закрепленной одним концом на подставке, а другим жестко связанной с винтом. Будучи предварительно скрученной, пружина начнет раскручиваться и вращать винт, сообщая ему крутящий момент МКр, и подставку, сообщая ей реактивный момент Л7Р. Момент Мр по величине равен Мкр, но противоположен по направлению. 

С действием реактивного момента и столкнулся Ломоносов, как только начал изготавливать свою модель. Чтобы избежать вращения корпуса модели, Ломоносов нашел гениально простое решение, которое до сих пор является одним из классических способов погашения реактивного момента на вертолетах.

«Аэродромическая машинка» М. В. Ломоносова имела два винта, вращающихся в противоположные стороны. И если реактивный момент от одного винта стремился вращать корпус машинки в одну сторону, то реактивный момент от второго винта стремился вращать корпус ее в другую сторону. А они как винты были одинаковы и вращались с равным числом оборотов, то их реактивные моменты были равны и, следовательно, гасили друг друга. Корпус машинки в этом случае при полете оставался неподвижным.

Идея создания вертолета возникла значительно раньше идеи создания самолета.

Еще в записках Леонардо да Винчи, относящихся к 1475 г. и найденных в архивах Миланской библиотеки в средине XIX века, имелся рисунок летательного аппарата, в котором подъемную силу должен был создавать вращающийся спиральный винт. Под рисунком и рядом с ним рукою ученого сделаны следующие записи:
«Остов винта должен быть сделан из железной проволоки, толщиной в веревку; расстояние от окружности до центра должно равняться 8 локтям» (локоть равен около 60 см. — А. Т.).

«Если прибор сделан как следует, т. е. из прочной парусины, поры которой тщательно проклеены крахмалом, то я думаю, что при скором его вращении такой винт как бы опишет в воздухе свою нарезку и поднимется вверх. В этом ты легко можешь убедиться, рассекая воздух широкой тонкой линейкой: тогда твоя рука будет вынуждена следовать направлению ребра линейки. Парусина должна быть укреплена на каркасе из длинного толстого тростника. Можно сделать небольшую модель из бумаги с осью из туго скрученной металлической пружины. Если пружину предоставить самой себе, то она заставит винт вращаться».

М. В. Ломоносов не мог знать о трудах Леонардо да Винчи и все свои работы производил независимо от него.

Трудности теоретического, конструктивного и производственного характера долгое время тормозили совершенствование вертолета. Несколько десятков лет вертолет находился в лабораториях ученых и в опытных цехах заводов. Только благодаря усилиям отечественных ученых в вертолете были устранены многие недостатки, что открыло вертолету путь для широкого применения во всех областях народного хозяйства.

Истрия авиациия