Как изобрести все - Райан Норт

А теперь, перед тем как вы ринетесь смешивать серную кислоту с железными опилками, запомните: водород предельно горюч и обладает свойством иногда взрываться. Миру самым ужасным образом напомнили об этом 6 мая 1937 н. э., когда наполненный водородом дирижабль «Гинденбург» взорвался и рухнул, объятый языками пламени, в тот момент, когда пытался причалить к специальной мачте, и катастрофа оказалась настолько жуткой, что на ней закончилась целая эра в истории воздухоплавания.

В преступлении обвинили искру статического электричества.

В этот момент вы наверняка подумали: «Ого, а почему они не использовали гелий? Может быть, мне стоит остановиться на нем?» Да, гелий не взрывается, не вступает в реакции с другими веществами, и он второй по легкости газ и обладает подъемной силой в 88 % от водорода, но его намного сложнее достать.

Единственный природный источник гелия на Земле – невероятно медленный процесс радиоактивного распада тяжелых элементов вроде урана. И даже когда он имеет место, любой гелий, не запертый в земной толще, просачивается в атмосферу, а там благодаря своей легкости оказывается в верхних ее слоях, практически в космосе. Поэтому гелий почти совершенно невозобновляемый[195] ресурс.

Так что если вы хотите недорогой и эффективный летательный аппарат легче воздуха, то ваш выбор в краткосрочной перспективе – использовать водород и быть очень, очень, очень осторожным.

Но существует и другая альтернатива: заставить летать вещи тяжелее воздуха.

Изобрести устройства легче воздуха очень просто, а вот в случае с устройствами тяжелее воздуха все обстоит несколько сложнее, чем просто сказать: «Заполни мешок горячим воздухом или другим легким газом, и ты справился вообще на отлично, дай пять». Что еще хуже – полное детальное объяснение принципов аэродинамики потребует куда больше места, чем мы располагаем в этом вероятно-никем-не-читаемом-если-не-случится-катастрофы-в-нашей-FC3000тм-арендованной-машине-времени-и-насколько-вероятно-что-это-вообще-случится руководстве по ремонту. Но даже основы того, как запустить в полет аппарат тяжелее воздуха, поставят вашу цивилизацию на многие тысячелетия впереди всех остальных.

Начать вам придется с того, с чего начиналось все и в нашей истории: конструировать планеры, ставить эксперименты и использовать науку, чтобы понять, как это работает. Вы сэкономите огромное количество времени, сломанных конечностей, денег и жизней, если для начала построите аэродинамическую трубу: лежащий на земле туннель, в который вы будете задувать воздух.

Простая штука, но люди догадались соорудить ее только в 1871 н. э.

Она позволит вам перескочить через несколько страниц сценария, изучая полет на земле, когда движущийся воздух обтекает неподвижное крыло (модель), а не наоборот, запуская всякий новый образец в небо, чтобы типа посмотреть, что там такое получится. Привяжите веревочки, чтобы видеть, как движутся потоки воздуха рядом с летательным аппаратом, или используйте дым, чтобы сделать эти потоки видимыми.

Вы можете измерять аэродинамические силы, действующие на ваш аппарат, поместив его на рычажные весы. Если вы еще не изобрели их, то это просто балка, поставленная на вершину треугольника, с деревянными лопастями на каждой стороне. Когда давление на обе половины балки одинаково, она остается в равновесии.

Разместите ваше устройство так, чтобы одно плечо балки находилось внутри аэродинамической трубы (на него вы будете ставить летательный аппарат), а другое снаружи (там разместится противовес). Крыло в трубе создает подъемную силу, и благодаря ей вес летающего аппарата меняется, и вы сможете измерить, как он меняется, и подсчитать подъемную силу[196].

Крыло в разрезе выглядит следующим образом (рис. 47).

Рис. 47. Крыло в разрезе

Крылья работают благодаря изменению локального давления, эксплуатируя тот факт (открытие которого вы теперь можете приписать себе), что объект, движущийся через газообразную среду, постоянно остается в контакте с ней во всех точках поверхности[197]. Крыло разрезает воздух, заставляя ту его часть, что оказывается сверху, завихрить ся, а потом устремиться вниз, чтобы соответствовать форме крыла, из-за этого воздух занимает больший объем и падает его давление. И наоборот, воздух, проходящий снизу, заталкивается в меньший объем пространства и давление под крылом повышается.

Именно этот перепад давления и создает подъемную силу.

Крылья генерируют подъемную силу и вторым путем, эксплуатируя закон «действие равно противодействию», тот самый, что мы вспоминали в разделе 10.12.5. Воздух, проходящий и сверху, и снизу, направляется вниз, когда он покидает крыло, и оно поэтому движется вверх. Вы можете отклонить больше воздуха, сильнее наклоняя крыло, но до определенного предела, при котором воздух перестает скользить по крылу, а начинает двигаться турбулентно, и это не только уменьшает подъемную силу, но часто приводит к крушению.

Само собой, чтобы получить подъемную силу, вам необходимо двигать крылья через воздух, и делать это быстро. Этого можно добиться с помощью реактивных двигателей, но в большей части самолетов (и мы полагаем, что и большая часть застрявших в прошлом путешественников во времени) используют пропеллеры, то есть наборы крохотных вращающихся крыльев, которые тянут самолет вперед, а не поднимают[198].