10000 лет во льдах

Теоретически, речь идет просто о весьма ординарной математической задаче, факторы которой сводятся к следующим:

1. Сила тяжести тела, которое нужно поднять или привести в движение.

2. Тяжесть среды (воздуха), через которую это тело должно быть поднято или приведено в движение.

Эти два фактора было легко вычислить, исходя из пропорции, которую один из них имел по отношению к другому, каковы должны быть размеры винта и скорость его вращения. Если снова воспользоваться аналогией с природой, то правило выглядело следующим образом – чем меньше птица, тем больше число колебаний крыльев за определенное время, чем больше птица, тем меньше и медленнее эти колебания. Этот кажущийся парадокс был всего лишь проявлением общего принципа соотношения сил – площадь рычага (крыла) и пространство, через которое он перемещается, были соизмеримы с временем, затраченным на это движение. Для получения определенного результата необходимо затратить определенное количество энергии, и (теоретически) совершенно несущественно, примет ли эта энергия форму длинного рычага, широкого размаха или быстрого движения. Не было никаких математических или механических сомнений в том, что горизонтальный винтовой движитель способен поднять тяжелое тело перпендикулярно в воздух и таким же образом привести его в движение в горизонтальном направлении, при условии (и здесь кроется сомнение), что механические трудности, стоящие на этом пути, могут быть преодолены. В физическом принципе не было ничего нового, поскольку средний ребенок в каждой цивилизованной стране был знаком с эволюциями летающего волчка, который является прекрасной иллюстрацией упомянутого принципа в действии. Летающий волчок состоит всего лишь из простого жужжащего волчка, утяжеленного в нижней части и снабженного в верхней части легким винтовым пропеллером. Быстрое вращательное движение, придаваемое волчку энергичным натяжением шнура, намотанного на его веретено, обеспечивает винтовой пропеллер силой, достаточной для того, чтобы поднять себя и весь корпус волчка на высоту со скоростью, соизмеримой со скоростью его вращения. Волчек такого типа, из-за мощнго начального импульса, будет подниматься устойчиво и перпендикулярно – пропеллер вынужден сохранять свое горизонтальное положение, если он установлен под прямым углом к осевой линии своего вала, под действием веса нижней части волчка – на высоту пятидесяти футов или более, пока энергия вращения его винта не станет динамически эквивалентной силе тяжести его массы, он на мгновение замирает в воздухе, а затем опускается со скоростью, пропорциональной уменьшению энергии его вращения и ускоряющей силы тяжести. Очевидно, что если бы вершина содержала в себе средства сохранения начальной скорости, она продолжала бы подниматься, с медленно уменьшающейся скоростью, пока не достигла бы той высоты, на которой упругость атмосферы обеспечила бы достаточное сопротивление жидкости лопастям пропеллера для поддержания волчка в равновесии, и в этом состоянии он оставался бы до тех пор, пока длилось бы его вращательное движение или механизм, который его производит. Теоретически, нет причин, почему не должны быть получены те же результаты, если подобная машина будет построена в большом масштабе, с соблюдением тех же условий пропорций в ее конструкции. Практически же на пути к этому стояли очень серьезные трудности. Эти трудности были, в основном, двоякого рода:

1. Конструкция и управление подходящим пропеллером.

2. Вес и громоздкость механизмов, необходимых для приведения в движение этого винта.

Пропеллер достаточной силы, чтобы поднять судно или автомобиль большого веса, должен быть с лопастями пропорциональной длины и ширины, способными вращаться с большой скоростью. Давление в фунтах на эти лопасти было бы неравномерным по всей их длине, будучи во много раз больше на их внешних концах, чем в тех местах, где они соединены с ведущим валом. Вследствие неравномерной нагрузки они могли бы сломаться или деформироваться, если бы были сделаны из слишком хрупкого материала; с другой стороны, если бы они были сделаны из слишком упругого материала, они могли бы согнуться до такой степени, что стали бы непригодными для той цели, для которой они были предназначены. Другая большая трудность, связанная с пропеллером, заключалась в трении ведущего вала в подшипниках, которое, если рассматривать его быстрое вращение и собственный вес, который он должен выдерживать (ведь весь вес судна будет приходиться на подшипники вала), представляло собой серьезное препятствие, которое необходимо было преодолеть. Вторая трудность, движущая сила, также была не из легких. Пар казался единственной силой, способной эффективно обеспечить необходимую движущую силу. Но пар подразумевал огромный вес. Во-первых, это двигатель и станина, которые должны были быть сделаны из цельного металла, чтобы предотвратить вибрацию, во-вторых, котел, в-третьих, вода и в-четвертых, топливо, которое необходимо было учитывать. Казалось, что даже если предположить, что можно построить подходящий движитель и приводить его в движение с помощью подходящих механизмов, вес всего аппарата будет настолько велик, что исключит возможность его подъема вообще! Перспектива, конечно, была далеко не обнадеживающей, но я все же решил продемонстрировать возможность или невозможность достижения поставленной цели. Чтобы убедиться в реальных достоинствах этого весомого вопроса, я занялся математикой и подошел к предмету с другой стороны. Линия моей аргументации была следующей: Динамическая одна "лошадиная сила" – это способность поднять 33,000 фунтов на один фут пространства за одну минуту времени, или (вес, пространство и время являются коррелятами в механике) 330 фунтов, на сто футов за одну минуту; следовательно, паровая машина в 50 лошадиных сил была бы способна поднять 330x50=16,500 фунтов на сто футов за одну минуту. Таким образом, транспорт или судно, содержащее двигатель мощностью 50 лошадиных сил с его обычными принадлежностями, обеспечивающий движение горизонтального винта подходящей конструкции, вес которого не превышает 16 500 фунтов, должно быть способно подниматься по воздуху со скоростью сто футов в минуту. Таким образом, теоретически продемонстрировав практическую возможность подъема судна по воздуху с помощью энергии, вырабатываемой внутри судна и применяемой к горизонтальному пропеллеру, я без промедления приступил к практической реализации своей теории. Почти год назад, с целью проведения некоторых научных экспериментов, которыми я тогда занимался, без риска вмешательства или слежки, я получил в пользование необитаемый фермерский дом на берегу реки Станислаус недалеко от Найтс-Ферри. Успешно проведя эти эксперименты, я получил достаточно средств для удовлетворения всех текущих потребностей, с уверенностью, что так будет и в будущем, я отправился в Сан-Франциско и передал свои заказы и чертежи на литейный завод "Циклоп". Я заручился услугами механика, мистера Джеймса Ачинклосса, чтобы он сопровождал меня на ранчо, предложив ему такие денежные стимулы, чтобы он был заинтересован в этом. Когда я говорю, что Ачинклосс был механиком из Глазго, досконально знающим свою профессию и разбирающимся в устройстве и управлении паровыми машинами так же, как обычные люди разбираются в использовании ножа и вилки, я говорю именно то, что есть на самом деле. После того, как машины были отлиты и подогнаны на чугунолитейном заводе, они были отправлены по частям, по мере необходимости, по Южной Тихоокеанской железной дороге в Окдейл, откуда я перевез их в повозках на свое ранчо. Здесь у нас была возможность свободно работать, не подвергаясь чужому любопытству и вторжению, которые неизбежно досаждали бы нам в более густонаселенных местах. Фермеры в нашем районе, а их было очень мало, были слишком равнодушны, чтобы заботиться о предмете наших трудов, и слишком невежественны, чтобы догадаться о нем. Под нашими руками работа шла полным ходом. Мы добросовестно и неустанно работали по десять часов в день с начала марта до середины сентября. За это время мы создали машину, новую по конструкции, прекрасную по исполнению, точную в деталях и не имеющую аналогов в летописи механизмов. К середине сентября в помещении, расположенном в задней части дома, стояло судно, которое можно кратко описать следующим образом – его корпус представлял собой плоскодонную лодку или плот длиной двадцать футов, заостренный с обоих концов, шириной пятнадцать футов в центре, с фальшбортами из легких перил высотой четыре фута. Материал, из которого изготовлено днище судна, был композитным, состоящим из дубовых и тиковых досок, уложенных поперек друг друга и скрепленных стальными ребрами. В центре днища находилась станина для механизмов, изготовленная из цельного чугуна и весившая полторы тонны. Через центр станины проходил ведущий вал пропеллера, так что подшипник вала был зацеплен с конической шестерней, которая свободно вращалась на вертикальном валу, но по желанию могла быть приведена в жесткое соединение с помощью храповика. Когда это зацепление было введено в действие, он передавало мощность от перпендикулярного вала к горизонтальному пропорционально соответствующим диаметрам их зацепления и соответствующим размерам их пропеллеров. Если диаметр зубчатого колеса на горизонтальном валу составлял только одну треть от диаметра зубчатого колеса на перпендикулярном валу, то на горизонтальный вал передавалось в два раза больше мощности (с учетом несоразмерности пропеллеров), чем на перпендикулярный, оставляя последнему только достаточную мощность для поддержания судна в равновесии. На передней стороне вертикального вала и напротив двигателя стоял генератор. Я с самого начала решил отказаться от пара, как слишком громоздкого, неуклюжего и хлопотного для моей цели, и использовать сжатый воздух, полученный несколько новым способом. Объем цилиндра двигателя составлял более полутора кубических футов, следовательно, на каждый оборот винта уходило три кубических фута сжатого воздуха. Оценивая используемое давление в девяносто фунтов на квадратный дюйм, для каждого оборота нужно было сжимать столько воздуха, сколько составляла разница между обычным атмосферным давлением (15 фунтов) и требуемым давлением двигателя, или в шесть раз больше, то есть восемнадцать кубических футов. Мой генератор состоял из цилиндра диаметром четыре фута и длиной шесть, объемом семьдесят пять кубических футов, снабженного свободным поршнем. Один конец этого цилиндра открывался в приемник из котельного железа емкостью 200 кубических футов, отверстие которого было снабжено клапаном, открывающимся наружу от генератора. Другое отверстие на верхней поверхности того же конца цилиндра, снабженное клапаном, открывающимся внутрь, пропускало наружный воздух в генератор. На другом конце генераторного цилиндра вращался на валу, введенном в головку цилиндра, массивный стальной диск, перфорированный двадцатью четырьмя отверстиями, расположенными на расстоянии шести дюймов друг от друга по периферии. Эти отверстия, когда диск вращался, проходили во вращении над устьем большего отверстия в головке цилиндра так же, как каморы револьвера проходят над казенной частью ствола. Генератор использовался следующим образом – в отверстия вращающегося диска вставлялись патроны, наполненные сжатым пороховым хлопком, причем размер заряда точно соответствовал содержимому цилиндра и требуемому давлению. Эти патроны, проходя при вращении над отверстием в цилиндре, автоматически замыкали цепь электрической батареи, искра от которой воспламеняла патрон. Приобретенная таким образом взрывная сила действовала непосредственно на свободный поршень генератора, который перемещался к дальней части цилиндра, сжимая воздух на своем пути и заставляя его проходить через клапан, который открывался наружу, в то же время закрывая клапан, который открывался внутрь от внешнего воздуха. Когда поршень достиг другого конца цилиндра, и сила взрыва была израсходована, после него остался частичный вакуум, которым немедленно заполнял внешний воздух, устремлявшийся внутрь через отверстие под станиной. Этот вал был из стали, диаметром двадцать футов, с клапаном в верхней части цилиндра, и выталкивал поршень назад на четыре дюйма. К его верхней оконечности под прямым углом к оси был прикреплен стальной диск диаметром три фута и толщиной три дюйма, к которому были прикручены концы пропеллера – лопасти в количестве шестнадцати штук. Эти лопасти были изготовлены в виде шести секций размером три фута на пять, каждая из которых была независима от всех других секций той же лопасти, хотя и связана стальными ремнями по всей длине, но соединена со всеми соответствующими секциями других пятнадцати секций посредством двух круглых железных стержней диаметром два дюйма, проходящих через все секции, одна над другой, к которым секции были прочно прикреплены с помощью болтов и гаек. Таким образом, изготовление лопастей из секций позволило, помимо преимущества прочности, приблизить истинный механический угол пропеллера, который изменяется в зависимости от расстояния до вала. Когда секции были установлены, они представляли собой огромный шестнадцатилопастной гребной винт диаметром тридцать шесть футов, укрепленный шестью наборами концентрических колец на расстоянии трех футов друг от друга, лопасти были шестнадцати футов в длину и трех в ширину. Используя дерево в конструкции винта, я обеспечил необходимые качества легкости и упругости, строя лопасти из секций и скрепляя их железными и продольными стальными ремнями, я сделал их достаточно прочными, чтобы выдержать огромное давление, которое будет оказываться на них, особенно на их концах, где скорость движения будет наибольшей, хотя я в значительной степени компенсировал это несоответствие давления, сделав угол лопасти на внешней стороне настолько острым к плоскости движения, насколько это соответствовало необходимому требованию мощности. Трение вала в подшипнике на дне станины почти полностью исключено благодаря использованию гидравлического принципа, который в последнее время вошел в моду в тяжелом машиностроении и заключается в подаче масла между воротником вала и его подшипником, так что между ними всегда остается промежуточная пленка жидкости. Благодаря этому методу была обеспечена свобода от трения и легкость в работе, недостижимая другим способом.