Текст книги "Путешествие к истокам машиностроения"

– Конечно, будут, и изменятся они мало. А вообще-то тема ножниц (для листового металла) настолько обширна, что нам на данном этапе ее не осилить.

Нартов вспомнил про неотложные дела, да и нашим друзьям пора было двигаться дальше. Когда они вышли на улицу, Дима стал укорять Магика:

– Что-то мы изучаем станки да станки, нельзя ли как-то разнообразить наше путешествие?

– Станки и инструменты занимают в технике первостепенное место: без них не создать машины, и нам предстоит узнать немало интересного в этой области. Но раз уж мы оказались в России в XVIII веке, то будет очень кстати встретиться с двумя интересными людьми: один из них великий ученый, а другой – изобретатель-самоучка. От следующей встречи нас отделяет всего несколько минут, а состоится она в этом же городе.

М. В. Ломоносов

Как только наши друзья вошли в комнату, им навстречу поднялся громадный человек. На голове у него был пышный парик, лицо было круглое, а выразительные глаза и большой лоб выдавали незаурядный ум. Диме показалось, что человек раздражен или чем-то недоволен. Но как только он заговорил, Дима сразу почувствовал в нем доброту, которая обычно бывает у очень сильных и умных людей.

– Что за славные ребята меня посетили? Один-то, понятно, молодой человек, хотя и одет как-то по-чудному. А кто вы, загадочные существа? – спросил Михаил Васильевич Ломоносов – это был, конечно, он.

Магик вышел вперед и представился:

– Мы путешествуем во времени, хотя ожидаем услышать от вас, что это невозможно, но просим не отказать нам в беседе. В России высоко оценивают ваши заслуги в науке, но мы хотели бы познакомиться с вашими изобретениями.

– Вы, наверное, хотите узнать подробности об изобретении цветного стекла и посмотреть мою мозаичную картину «Петр Великий в битве под Полтавой»?

Рис. 102. Опытная установка для изучения подъемной силы аэродромической машины М. В.Ломоносова – прообраза вертолета с двумя соосными несущими винтами (1754 г.)

Магик возразил:

– Об этом говорится во многих учебниках, нам же хотелось узнать о менее известных вещах, например о вертолете, его еще называют геликоптером.

– Если вы имеете в виду аэродромическую машину, то я только что бросил ею заниматься, – Ломоносов указал на подвешенную к потолку коробку с двумя крыльчатками (рис. 102). – Описание этой машины можно найти в книге «Размышления об упругой силе воздуха», хотя перспектив ее использования я не вижу. Мне хотелось создать устройство, способное поднимать небольшой термометр в верхние слои атмосферы для измерения температуры, но успеха я не достиг.

М. В. Ломоносов не только великий ученый, но и создатель модели первого в мире вертолета с двумя соосными винтами

Дима и Робик с интересом рассматривали устройство, а Робик даже попытался открыть коробку и покрутить находящиеся там зубчатые колесики. Магик как будто не расслышал последних слов Ломоносова и продолжал задавать вопросы:

– Если устройство предназначено для полета, зачем же вы его подвесили?

– Видите ли, сначала я решил убедиться в его способности подниматься вверх и использовал пружинный привод от часов, чтобы вращать крыльчатки. Привод для такого устройства очень слабый, поэтому я его немного разгрузил, подвесив с другой стороны шнура чашку с гирьками. Вот если бы привод был более мощным и легким, тогда другое дело. К сожалению, совместить это в одном устройстве вряд ли удастся, – с грустью констатировал Ломоносов.

– Представьте себе, что спустя два века люди создадут вертолет, способный поднимать в воздух тяжелые грузы. Одной из схем создания вертолетов является ваша схема. Но вот, знаете, все считают, что первый вертолет изобрел Леонардо да Винчи, – разгорячился Магик, забыв, что сам является машиной, не способной проявлять эмоций.

– Леонардо да Винчи? Я слышал о нем – это великий живописец, но при чем тут изобретение вертолета? – спросил Ломоносов.

– Конечно, вы не могли знать о его записях, в которых приведена масса интересных инженерных решений. Скорее всего, эти записи Леонардо не собирался публиковать, а просто зарисовывал все, что видел или придумывал, поэтому они долго пролежали затерянными среди других бумаг. Сейчас я покажу вам рисунок, на котором изображен вертолет Леонардо (рис. 103). – Магик на мгновение задумался и, порывшись в своей электронной памяти, с помощью проектора высветил на белой стене небрежно выполненный рисунок: – Этот винт вворачивается в воздух. Вращать его, видимо, должны были люди, стоящие на раме вертолета и таким образом поднимающие сами себя.

Рис. 103. Проект одновинтового вертолета Леонардо да Винчи (1489 г.)

Ломоносов довольно быстро оценил представленное решение и отметил:

– С помощью винта можно поднимать груз, пока рама опирается на землю. Но оторваться от земли таким образом невозможно. Кстати, вы наверняка поняли, что крыльчатки – это многолопастные винты. В заключение хочу все же отметить, что в изобретательстве один делает маленький шажок, другой – большой шаг. В данном случае главное состоит в том, что Леонардо предложил использовать винт для создания подъемной силы, что имеет особое значение, но это еще далеко до завершенного решения.

Магик был рад, что сам Ломоносов объяснил им, в чем ошибка и в чем заслуга Леонардо.

– А вот пренебрежительное отношение к собственному изобретению привело к тому, что многие до сих пор считают изобретателями двух иностранцев (рис. 104), которые через тридцать лет после вашего предложения эффектно продемонстрировали перед членами Французской академии свою модель летающего аппарата с двумя соосными винтами. Но эта модель ничем не лучше вашей, можете сами убедиться, – и Магик спроецировал на стену изображение игрушки с двумя пропеллерами, соединенными закрученной пружиной. Прошло еще несколько секунд, и на экране появился настоящий вертолет с двумя соосными винтами (рис. 105).

Рис. 104. Модель винтового несущего устройства вертолета французов Б. Лануа и Ж. Бьюнвеню (1784 г.)

Рис. 105. Вертолет с несущими соосными винтами (XX в.)

Ломоносов порывался что-то сказать, но потом от отчаяния просто махнул рукой.

Друзья поблагодарили хозяина за гостеприимство и вышли из комнаты, оставив в задумчивости великого ученого. Дима радостно заявил, что теперь-то Ломоносов доведет дело до конца и придумает настоящий вертолет. Магик отрицательно покачал головой:

– Я уже стер из его памяти наше посещение, и его жизнь будет идти (точнее, уже прошла) своим чередом.

Российский мастер «золотые руки» И. П. Кулибин и его творения

Магик уверенно вел друзей по залу Зимнего дворца. Подойдя к позолоченным дверям, украшенным замысловатыми узорами, он попросил Робика распахнуть их, так как сам не способен был выполнить даже легкую физическую работу. В просторной комнате у окна они увидели пожилую женщину, сидящую в роскошном кресле. Ее веки были закрыты, на бледном лице местами проступал болезненный румянец, одна рука покоилась на подлокотнике, а вторая была безвольно опущена.

– Это Екатерина II, или российская императрица Екатерина Великая, – прошептал Магик.

– Что-то уж много великих на нашем пути, вот Петр I – он, понятно, громадный и сильный, а почему слабую женщину ты называешь великой? – удивился Дима.

– Их прозвали великими не за их рост, а за те важные дела, которые они совершили. Будучи царями, они старались, как могли, превратить отсталую Россию с неграмотным народом в передовое государство. Они приглашали на работу крупных ученых из европейских стран, развивали промышленность, ремесла, науку и культуру. Тому, что в наших музеях (например, в этом же здании) находится столько замечательных картин, мы во многом обязаны Екатерине П.

Разговор Димы и Магика разбудил императрицу. Она открыла глаза, увидела наших героев и удивилась:

– Что за чудесные создания! Да это же механические человечки! Наверняка это дело рук Кулибина – он ведь мастер творить всякие остроумные штуковины.

– Мы с Робиком действительно искусственные устройства, – вступил в разговор Магик, – а вот Дима – настоящий человек, хотя и очень молодой. Ради него мы оказались в прошлом, чтобы познакомиться с великими мастерами и изобретателями. Кстати, вы первый человек из прошлого, который почти не удивился, увидев нас. В чем тут дело?

– Все очень просто. Тут как-то граф Нарышкин привез из-за границы железного человека, который мог играть в карты, передвигать шашки и даже считать деньги. Да вот неудача – перед самым балом он сломался, и починить его смог только Кулибин. Я и подумала, что Иван Петрович решил в очередной раз меня порадовать. Лет двадцать пять назад он изготовил и подарил мне интереснейшие часы в виде золотого яйца: каждый час в них открывались дверцы и разыгрывалось настоящее представление. Уж если он смог сделать маленьких воинов, охраняющих Гроб Господень, ему ничего не стоит сделать таких человечков, как вы, – объяснила Екатерина II.

– Не хочу с вами спорить, но думаю, мы отличаемся: в нас заложен искусственный мозг, о возможности создания которого Кулибин не мог предполагать. Для нас важно, как давно люди научились создавать простейшие автоматические устройства, похожие на людей или зверей. У Герона Александрийского мы видели подвижных птиц, а у Леонардо да Винчи – бегущего по лужайке искусственного льва, – стал рассказывать Магик, но вдруг взгляд императрицы потускнел, и она довольно резко потребовала позвать Кулибина:

– Я себя так плохо чувствую, а он до сих пор не смастерил для меня подъемное кресло, чтобы можно было, не вставая, подняться на второй этаж и оказаться в зимнем саду.

Спустя некоторое время в комнате появился мужчина лет шестидесяти. Он слегка сутулился, но в его осанке и движениях проявлялась колоссальная внутренняя энергия. Умные глаза и окладистая борода дополняли типичный облик мудрого старца. В глаза бросалась большая красивая медаль на его груди. Медаль была приколота к ленте, подвешенной на шее. Дима различил на медали барельеф, очень похожий на присутствующую здесь императрицу. Еще он понял, что это и есть Кулибин, который сразу же приступил к изложению сути дела:

– Ваше величество, мне передали беспокойство по поводу подъемных кресел. Осмелюсь доложить, что работа идет полным ходом, я уже составил подробный проект и смету расходов.

– При чем тут смета, ты же знаешь, как я тебе доверяю: расходуй столько денег, сколько потребуется, только сделай кресла поскорее! – перебила его Екатерина II, а затем продолжила более спокойно: – Теперь, Иван Петрович, взгляни на этого симпатичного молодого человека. Он специально прибыл из будущего, чтобы познакомиться с твоими изобретениями. А еще посмотри на его помощников. Это не чета тому железному человеку, что ты починил. По сравнению с ним они могут не только размахивать руками, но еще и думают, и очень складно говорят. Прежде всего, покажи им свой новый проект и расскажи о других хитроумных устройствах.

После этого наши друзья отправились уже вчетвером в кабинет легендарного изобретателя.

Как и велела Екатерина II, Кулибин развернул перед ними несколько чертежей, испещренных на полях неразборчивыми надписями и расчетами, и хотел уже приступить к пояснениям, но его остановил Магик:

– Чтобы сделать пояснения понятными для Димы, с вашего позволения я временно уберу надписи и помарки на чертежах.

Рис. 106. Подъемное кресло-лифт И. П. Кулибина (1795 г.). Сконструировано специально для Екатерины II

Рис. 107. Роликовая винтовая передача для подъемного кресла-лифта И. П. Кулибина

Перед Димой появились аккуратно выполненные чертежи подъемного кресла с механизмом передачи (рис. 106, 107), и Кулибин стал, наконец, рассказывать:

– Кабина, в которую закатывается кресло с императрицей, перемещается с помощью двух винтовых механизмов.

Гайка выполнена в виде кольца с роликами (установленными на консольных осях в кольце), через которые она взаимодействует с витками винта. Гайка установлена в корпусе на роликовом подшипнике.

Дима тут же спросил:

– А что здесь вращается и каким образом все приводится в движение?

Кулибин с уважением посмотрел на Диму и продолжил:

– Два вертикальных неподвижных винта установлены подобно колоннам. На них накручиваются гайки, шарнирно связанные с кабиной. Гайки перемещаются вдоль оси винтов и тянут за собой кабину. От одного приводного вала, вращаемого человеком, через зубчатые передачи движение синхронно передается гайкам.

Дима решил уточнить:

– Таких гаек, как у вас, я не видел в нашем первом путешествии. Почему эти гайки без резьбы?

Кулибин обрадовался вопросу и пояснил, что гайка имеет не резьбу, а ролики, которые катятся по виткам винта и поднимаются вверх, увлекая за собой корпус (водило) гайки и всю кабину. Это нужно для того, чтобы сделать вращение легким, уменьшив силу трения благодаря замене трения скольжения на трение качения.

В разговор вступил Магик:

– Это действительно интересное решение, и в будущем оно найдет применение во многих устройствах. А теперь, Иван Петрович, расскажите еще и о других ваших работах и планах.

Кулибин оживился и стал перечислять:

– Мной разработан проект и создана модель однопролетного деревянного арочного моста через Неву. Расчеты моста проверял академик Леонард Эйлер. В Европе делали такие мосты, но с пролетом не более 50 метров, а у меня мост имеет пролет 300 метров, и под ним свободно могут проходить корабли. Он еще не построен, но я надеюсь походить по нему…

Магик покачал головой:

– Вы правы, это действительно грандиозное сооружение, и многие ученые высоко оценили этот проект. Более того, Эйлер, вдохновленный этим проектом, выполнил гениальную научную работу по устойчивости элементов подобных конструкций.

Затем Магик тихонько сказал Диме, чтобы Кулибин не слышал:

– Мост этот, к сожалению, не будет построен, и только в 2004 году через Неву соорудят подвесной однопролетный мост, под которым смогут проходить даже морские суда, а до тех пор все мосты там будут разводными. Кстати, в разработку конструкции разводных мостов Кулибин также внес определенный вклад.

Тем временем Кулибин с энтузиазмом продолжил:

– А еще из моих разработок мне нравится самобеглая коляска.

Тут Магик очень быстро отреагировал:

– О вашей коляске многие слышали. Только непонятно, почему вы используете мускульную силу человека, а не лошади, а ведь лошадь раз в десять сильнее.

Кулибин хотел возразить, но Магика уже трудно было остановить:

– Вообще-то это не первая попытка использовать человека для того, чтобы крутить колеса транспортной тележки. Мне очень хочется показать картину Альбрехта Дюрера, выполненную в XVI веке.

Рис. 108. Карета с колесами, приводимыми во вращение мускульной силой человека (по картине немецкого художника Альбрехта Дюрера, нач. XVI в.)

Магик, используя свой проектор, высветил на экране роскошную повозку с массой украшений, но главным в ней был человек, вращающий приводное колесо, от которого, видимо, через зубчатые механизмы движение передавалось колесам повозки (рис. 108). Кулибин удивился, но заметил, что в его коляске человек нажимает на педали, совершая естественные движения, поэтому ему пришлось применить рычажный механизм.

– Кроме того, я разработал систему тормозов, которая не позволяет коляске самопроизвольно скатываться под гору, но допускает движение по инерции, если человек переставал нажимать на педали.

– Наверное, такие же, как у меня на велосипеде, – обрадовался Дима.

Кулибин не среагировал на замечание Димы и продолжал:

– Такие же средства безопасности я предусмотрел в подъемных креслах на случай, если оборвется цепь с противовесами. – Затем он вспомнил первое замечание Магика и сказал: – Конечно, я понимаю, что на коляску или водоход (самодвижущееся судно) лучше всего установить паровой двигатель, но пока мне это не удалось – уж очень он громоздкий. А еще я мечтаю создать вечный двигатель, и работы по нему продвигаются. Я уже беседовал по этому поводу с Эйлером, но пока не сумел его заинтересовать.

Магик не замедлил прокомментировать сказанное: – Вам наверняка не известно, что создать вечный двигатель невозможно. Великий Леонардо да Винчи также считал это нереальным.

Рис. 109. Судно, способное плыть против течения благодаря преобразованию энергии потока воды (по проекту Шаля и Гравиля, 1708 г.)

Кулибин задумался и промолчал, а Магик продолжил: – Что же касается парового двигателя, то его уже установил на повозке француз Никола Жозеф Кюньо в 1769 году Что из этого получилось, мы узнаем, вернувшись во времени на два десятилетия назад, а пока продолжим разговор о самодвижущемся судне. Предлагаю посмотреть проект, выполненный в начале XVIII века (рис. 109). Здесь, так же как и на вашем судне, течение реки приводит в движение водяные колеса, которые вращают барабан. На барабан наматывается канат, один конец которого закреплен на берегу, впереди по ходу судна. Получается, что судно само подтягивает себя. Но в настоящий период времени, когда полным ходом идет развитие паровых машин, создавать такой примитивный корабль неразумно, – Магик непрерывно давал пояснения и проецировал на стену все новые иллюстрации (рис. 110). Чувствовалось, что его уже не остановить. – Даже тогда, когда паровые машины были громоздкими и «привязаны» к шахтам по добыче каменного угля, в мыслях изобретателей уже появлялись идеи создания парохода, – Магик при этом показал рисунок из патента Джонатана Халса, выполненный 60 лет назад. При этом на экране появился настоящий пароход и схематичное устройство привода гребных колес. – Пройдет всего несколько лет, и изобретатель Роберт Фултон создаст первый пароход, который несколько лет будет успешно курсировать из Нью-Йорка в Олбани (а это 150 миль) и перевозить пассажиров (78 человек за один рейс). Так что получается, занимаясь такими проектами, вы безнадежно отстаете от других изобретателей.

Рис. 110. Первые пароходы. Проекты и реально осуществленные решения

Судя по всему, Кулибину не понравилось то, что подвергают сомнению его устоявшиеся идеи. Видимо, поэтому он решил завершить беседу:

– У меня много осуществленных технических решений, но еще больше задумок и проектов. Не хватает времени, чтобы внедрять их. Я уже отказался от руководства мастерской при Академии наук, а когда уйду на пенсию, поеду в Нижний Новгород и постараюсь воплотить эти проекты в жизнь.

Магик, как обычно, стерев из памяти изобретателя всю информацию об их посещении, чтобы завершить данную тему, продолжил:

– С 1801 года Кулибин действительно стал работать только над внедрением своих изобретений и расходовал на это всю свою немалую пенсию. К сожалению, за все последующие 17 лет жизни ему так и не удалось в полной мере реализовать свои планы. Тем не менее он внес неоспоримый вклад в развитие техники. Мне, например, больше всего нравится его шлифовальный станок для обработки линз и зеркальных отражателей. Его современники отмечали оригинальность светильников, разнообразных конструкций часов и музыкальных инструментов. А вот инвалиды оценили созданные им протезы для ног. В них он предусмотрел шарниры, заменяющие голеностопный и коленный суставы. Многие его изобретения были усовершенствованы и вошли в историю, но уже не под его именем.

На первых пароходах в качестве движителя использовали гребное колесо, хотя гребной винт был уже изобретен. Гребное колесо на речных судах можно было увидеть почти до середины XX века. Оно воспроизводит движение лопасти весла, по сути являющегося рычагом

Кстати, жизнь Кулибина весьма поучительна для таких молодых людей, как ты, Дима. Обладая великолепным талантом, он, к сожалению, не получил полного и системного образования, не имел достаточной информации об известных на то время технических разработках. Они в чем-то схожи с Леонардо да Винчи. Но Леонардо, в отличие от Кулибина, не беспокоился о детальной проработке своих идей, обходился небрежными набросками, зато их получилось намного больше. Кулибин все тщательно прорисовывал, просчитывал и даже моделировал, но ему не хватало знаний, которыми, например, обладали Эйлер или Ломоносов.

А теперь мы возвращаемся на несколько десятилетий назад, причем не в Россию, а в Германию.

Дени Папен – изобретатель первого пароатмосферного двигателя

– Ты же обещал, что мы посмотрим первый паромобиль, а ведь его изобрели во Франции, – уточнил Дима, но Магик определил свою систему в изучении техники:

– Сначала нужно познакомиться с изобретателями паровой машины, а уж там видно будет.

– Ты сказал «с изобретателями», разве их было много? – удивился Дима.

– Дима, ничего не изобретается на пустом месте. Шаг за шагом изобретатели подготавливают то или иное техническое решение, и только при определенной совокупности знаний, имеющихся материалов и технологий становится возможным создание крупного изобретения. Идет 1707 год. Сейчас мы познакомимся с Дени Папеном, – при этих словах они вошли в небольшое скромное помещение и застали хозяина за работой над очередным проектом. Магик поприветствовал ученого и представил своих друзей. Папен, ничуть не растерявшись, проявил готовность ответить на все вопросы гостей из будущего.

– Так вы и есть изобретатель первой паровой машины? – спросил Дима.

Дени Папен не успел ответить, как Магик, опередив его, сказал, что сначала они займутся изучением пароатмосферной машины.

– В пароатмосферной машине пар только способствует работе, а полезную работу совершает сила атмосферного давления. В паровой машине работает сам пар. До изобретения паровой машины осталось более 70 лет. Наберись терпения и поймешь, в чем тут разница.

– Раз уж вы пришли ко мне, то позвольте рассказать, как родилась мысль о создании подобного двигателя. Не буду спорить относительно названия: главное – понять суть изобретения, а название может быть любым. Будем называть машину пароатмосферной, если вам так хочется. Отвечу и на ваш вопрос, молодой человек. Так вот, в 1690 году я первым предложил использовать пар вместо порохового заряда в установке голландского ученого Христиана Гюйгенса, с которым мне посчастливилось вместе работать. Мы закладывали порох в цилиндр и поджигали его. Под давлением образовавшихся газов поршень в цилиндре перемещался в верхнее положение, затем газ выпускали из цилиндра. При охлаждении оставшихся газов поршень опускался, тянул за шнур, совершая полезную работу, – Папен подошел к столу, взял в руки модель пароатмосферного двигателя (рис. 111).

Рис. 111. Дени Папен, изобретатель первого пароатмосферного двигателя

– Это скорее двигатель внутреннего сгорания, там тоже взрывается топливо, а сгоревшие газы толкают поршень, – бросил реплику Дима.

Папен, как будто не услышав, продолжал:

– Чтобы не расходовать дорогой порох, я предложил использовать пар. Сначала на дно цилиндра я наливаю немного воды и опускаю на нее поршень. Затем воду нагревают, и полученный пар поднимает поршень. При охлаждении и конденсации пара поршень благодаря давлению атмосферы опускается вниз. Далее можно повторить цикл, не открывая цилиндра.

Дима все же не утерпел:

– Так сколько же придется ждать, пока пар охладится? А поршень так и будут тянуть за веревочку? Не очень эта модель похожа на настоящий двигатель.

Папен внимательно слушал Диму, ведь для решения этих вопросов ему самому потребовалось целых 17 лет, и второй проект был готов, правда, пока только на бумаге (рис. 112):

– Действия отдельных частей этой установки мною уже проведены, и подтверждена их работоспособность. Здесь паровой котел отделен от цилиндра и работает непрерывно. Пар периодически впускается в цилиндр, после его конденсации поршень поднимается. Потом открывают клапан и впускают в цилиндр воздух. Благодаря давлению воздуха поршень опускается. Поршень приводит в действие водяной насос, вода порциями подается в высоко стоящий бак. Вытекая из бака, вода вращает водяное колесо.

Рис. 112. Пароатмосферный двигатель Дени Папена с паровым котлом, отдаленным от рабочего цилиндра (1707 г.)

– Сложновато получается, – дал оценку Дима, но Магик опроверг его сомнения:

– По сути, здесь прообраз гидравлического передаточного механизма «двигатель – насос – гидромотор». К такому решению изобретатели придут лет через двести, а пока оказалось удобнее использовать более простую рычажную систему, но вот этим будут заниматься другие авторы.

Дени Папен, не обращая внимания на замечания Магика, продолжил:

– Еще у меня в проекте предусмотрено установить пароатмосферный двигатель на речное судно, чтобы можно было обгонять гребные суда при перемещении против течения реки.

Выслушав изобретателя, Магик сказал, что их ждут другие встречи. Они попрощались с изобретателем и вышли на улицу. Магик объяснил, что им нет необходимости здесь дальше задерживаться:

– Дени Папен построит пароход, испытает его и сообщит об этом в письме своему другу немецкому ученому Готфриду Лейбницу. Но вот беда, конкуренты – владельцы гребных судов разрушат и сожгут пароход. Не останется ни чертежей, ни других доказательств существования парохода, кроме письма самого изобретателя.