Прототип современного парашюта – легкого, компактного, надежного – создал русский изобретатель Глеб Евгеньевич Котельников. Начать разработку его побудила гибель летчика Мациевича, свидетелем которой он был. Перед началом работы Котельников составил список требований к будущему парашюту. Он должен быть компактным, всегда находиться с летчиком, давая ему возможность отделиться от аэроплана с любого места – с сиденья, с крыла, с борта. Он должен раскрываться по желанию авиатора и автоматически. Котельников хорошо продумал подвесную систему парашюта. Она состояла из поясного, нагрудного, двух плечевых обхватов и равномерно распределяла силу рывка во время раскрытия парашюта.
Котельников выбрал подходящий материал для изготовления купола, увидев, как большую шелковую шаль пропустили через маленькое колечко. Изобретатель понял, что прочный, эластичный шелк вполне подходит для купола. Изготовив маленькую модель, Котельников начал опускать на ней куклу. После удачных испытаний Глеб Евгеньевич рассчитал парашют для груза весом 80 кг и скоростью снижения 5 метров в секунду.
27 октября 1911 г. Котельников подал заявку в Комитет по изобретениям на выдачу патента. Однако изобретатель его так и не получил, поскольку парашют имел много схожих узлов с парашютом И. Сонтага, получившего патент ранее. Сначала Котельников назвал свое изобретение «спасательный прибор», затем, «автоматический ранец – парашют системы Котельникова». Лишь в 1923 г. изобретатель назвал свое детище РК-1 (Русский, Котельникова, модель первая).
2 июня 1912 г. парашют был испытан на прочность при помощи автомобиля. Прикрепив лямки парашюта на буксировочные крюки, машину разогнали до скорости около 80 км/ч. Котельников дернул за спусковой ремень, и купол парашюта выбросило вверх. Он мгновенно раскрылся. Сила удара была настолько велика, что автомобиль с заглушенным мотором, пройдя несколько метров, остановился. 6 июня того же года манекен весом 76 кг сбросили с высоты 250 метров. Раскрытие парашюта прошло нормально.
Только в 1919 г. американец Лесли Ирвин создал подобную модель, отличавшуюся от модели Котельникова тем, что в ней был матерчатый легкий ранец, куда укладывался купол со стропами.
В 1923 г. Котельников изготовил модель парашюта РК-2. В ней алюминиевый ранец с пружинной полкой и закрывающейся крышкой был заменен ранцем с жесткой спинкой и откидными боковыми клапанами. Они закрывались мягкой крышкой с пропущенными сквозь петли металлическими шпильками на общем стальном тросе. Модель РК-3 имела ранец мягкой конструкции в виде расклеенного конверта. Боковые и торцовые клапаны при выдергивании вытяжного троса оттягивались специальными резинками, облегчая раскрытие. В 1924 г. Котельников сконструировал парашют из хлопчатобумажной ткани диаметром 12 метров, на котором можно было спускать грузы весом до 300 килограммов.
2 августа 1930 г. начался новый этап в истории парашюта – в Советском Союзе на военных учениях был сброшен первый парашютный десант. Этот день считается рождением советских воздушно-десантных войск. Они предназначались для высадки в тылу противника и действий против штабов, железнодорожных узлов и других важных объектов. Для «крылатой пехоты» были разработаны специальные десантные парашюты конструкции Гроховского и Савицкого.
В 30-е годы развивался парашютный спорт. Проходили соревнования на точность приземления и на длительность полета без раскрытия парашюта – затяжные прыжки, а также воздушная акробатика.
Во Второй мировой войне значение парашютов трудно переоценить. Они были необходимы летчикам, покидающим горящие самолеты. Одной из самых ярких страниц в истории стал захват немецкими десантниками острова Крит. В ходе Великой Отечественной войны советские десантники участвовали во многих операциях, на парашютах сбрасывались грузы для партизан в тылу врага.
С увеличением скорости самолетов и появлением реактивной авиации стало невозможным покидание летчиком самолета обычным способом. Это заставило конструкторов во всех странах начать работу над созданием катапультных установок. Силой пороховых газов они выбрасывали летчика в воздух вместе с сиденьем на безопасную высоту. После этого кресло отделялось и раскрывался парашют. 24 июня 1947 г. впервые катапультировался парашютист-испытатель Г. Кондрашов. В 1949 г. В. Кочетков катапультировался на скорости 1036 км/ч. Сейчас созданы катапульты, позволяющие покидать самолет на предельно малой высоте и скорости не менее 150 км/ч.
В наши дни есть спасательные парашюты, которые могут применять летчики на высоте до 25 км и скорости до 1400 км/ч. Спортивные парашюты используют спортсмены-парашютисты. Для быстрой остановки гоночного автомобиля, скоростного самолета и морского супертанкера, а также для снижения скорости спуска автоматической межпланетной станции применяются тормозные парашюты. Огромные купола посадочных парашютов служат для безопасного приземления грузов и людей, покидающих самолет, мягкой посадки беспилотных и пилотируемых космических кораблей.
Паровая машина
Способность пара производить механическую работу давно известна человеку. Начиная с глубокой древности появляется целый ряд механизмов, основанных на использовании силы пара. Известно, что еще Герон Александрийский применил пар для движения аппарата специальной конструкции. Леонардо да Винчи оставил описание паровой машины, которая, по его словам, была изобретена Архимедом.
Атмосферное давление как источник двигательной силы обращало на себя внимание многих ученых и изобретателей, особенно после опытов немецкого физика Отто фон Герике с так называемыми «магдебургскими полушариями», из которых был выкачан воздух (1650 г.).
Большое значение имело творчество французского физика Дени Папена, изобретателя парового котла и предохранительного клапана. Он первым в 1690 г. правильно описал пароатмосферный цикл, в котором использовалось атмосферное давление.
Сущность пароатмосферного цикла заключалась в следующем. В цилиндр наливалась вода, до уровня которой опускался поршень. Подогревая воду, получали пар, поднимавший поршень до верхнего положения. Затем упоркой заклинивался шток, огонь убирался, и цилиндр поливался водой. В результате создавались конденсация пара и безвоздушное пространство. Когда убиралась упорка, то поршень под давлением атмосферы опускался, что и позволяло поднимать груз на определенную высоту.
Впервые практически решил эту проблему англичанин Т. Сэвери, создав машину, предназначенную для откачки воды из шахт. Паровой насос «Друг рудокопов» – так называлась машина Сэвери (патент на нее был получен изобретателем в 1698 г.) – состоял из котла и сосуда. Они соединялись между собой трубой, имевшей кран. Пар, поступая из котла в сосуд, вытеснял оттуда воздух через всасывающую трубу. Затем закрывался кран, а сосуд обливался холодной водой из бачка, в результате чего пар конденсировался. Под давлением атмосферы вода по всасывающей трубе поднималась в сосуд. Открывая кран снова, подавали в сосуд пар, выталкивавший воду по нагнетающей трубе на поверхность. Затем все операции повторяли вновь.
Новое в машине Сэвери по сравнению с паровым котлом Папена заключалось в том, что у Сэвери паровой котел был отделен от рабочего пространства. Но работа пара и его конденсация по-прежнему происходили в одном и том же сосуде. Машина Сэвери была крайне не экономична, ибо попеременное нагревание и охлаждение одного и того же сосуда требовали большого количества топлива. Она расходовала до 80 кг угля на 1 л. с. в час.
Эта машина обладала рядом серьезных недостатков. Глубина всасывания в ней не превышала 10 м, т. е. высоты, соответствующей атмосферному давлению. Высота подачи воды в машине достигала 30 м, что определялось давлением пара, которое по условиям прочности котла не могло превышать 3 атмосфер. Для откачивания воды с большей глубины нужно было ставить несколько машин одну над другой. Насос был небезопасен в работе из-за частых взрывов.
Но машины Сэвери все же довольно широко применялись на протяжении всего XVIII в. как в Англии, так и в других странах. В 1707 г. одна из машин Сэвери была приобретена Петром I и установлена в Петербурге в Летнем саду для приведения в действие фонтанов.
Дальнейший шаг в деле совершенствования паровых машин сделал английский кузнец Томас Ньюкомен, в 1711 г. предложивший использовать для привода шахтных насосов свою конструкцию пароатмосферной машины.
Принцип работы машины Ньюкомена состоял в следующем: внутри цилиндра двигался поршень, связанный с одним концом балансира. Другой конец балансира был соединен со штангами водоотливного насоса. Поступающий из котла в цилиндр пар, для чего открывали кран, поднимал поршень, который уравновешивался собственным весом насосной штанги и добавочного груза. Затем для конденсации пара в цилиндр из резервуара через кран впрыскивалась холодная вода. Атмосферное давление обеспечивало движение поршня вниз и, соответственно, подъем насосных штанг (откачку воды). Сконденсировавшийся пар вместе с охлаждающей его водой удалялся из цилиндра по трубе. Излишний пар из котла выходил через предохранительный клапан.
Мощность пароатмосферной машины Ньюкомена составляла 8 л. с. Она обеспечивала подъем воды с глубины 80 м. Хотя в насосе Ньюкомена котел был отделен от парового цилиндра, однако он все же выполнял двойную функцию, т. е. рабочий цилиндр был в то же время и конденсатором. Чередование охлаждения цилиндра холодной водой и нагревание его горячим паром по-прежнему требовали огромного количества топлива. Машина расходовала в час около 25 кг угля на 1л. с.
Много важных усовершенствований в пароатмосферную машину внес в 1772 г. инженер Смитон. Не меняя основного принципа действия, он рассчитал правильное соотношение между размерами частей машины. Это способствовало лучшему изготовлению машины. Кроме того, Смитон сделал более целесообразной конструкцию отдельных частей машины.
Машины Ньюкомена получили в XVIII в. довольно широкое распространение в Англии, Франции, Германии. Они работали главным образом в горной промышленности; иногда применялись в качестве машин для снабжения водой водопроводов больших городов. В 1722 г. шесть таких машин были установлены на рудниках Банской Штявницы в Словакии. В 1728 г. шведский механик М. Тривальд построил пароатмосферную машину. В 1750 г. машины Ньюкомена появились в Америке, правда, там их усовершенствовали.