Гироскоп в автомобиле для чего
Русский изобретатель во главе мирового прогресса: история забытых гирокаров
Чтобы максимально просто объяснить суть гирокаров, нужно начать с детской игрушки — юлы. С технической точки зрения юла — это маховик, способный долго удерживать заложенную в нём кинетическую энергию, сохранять горизонтальное положение и служить мотором для привода различных механизмов. Комплектное устройство с быстровращающимся маховиком получило название гироскоп (от греческого «гиро» — колесо) и послужило источником энергии для уникальных гирокаров и даже гиробусов.
Первенство по применению маховиков на транспорте принадлежит России. Еще в XVIII веке изобретатель Иван Кулибин оснастил свою «самокатку» горизонтальным маховиком, который набирал энергию на спусках и затем помогал «водителю» на подъёмах. В 1860 году эту идею развил инженер путей сообщения Карл Шуберский, предложивший повозку для доставки грузов по рельсам, которую назвал маховозом.
Между задних колес повозки Кулибина хорошо виден маховик. 1791 год
Газетная реклама американской легковушки с гироскопом. 1908 год
В 1905 году англичанин Фредерик Ланчестер получил патент на простейшую четырехколесную тележку с вертикальным маховиком и механическим приводом колес. Позднее американская фирма Gyroscope Car безуспешно пыталась наладить выпуск гирокаров без сцепления и коробки передач, внешне не отличавшихся от обычных легковушек. Их оборудовали 16-сильным бензиновым мотором для разгона горизонтального маховика и цепной передачей на колеса.
Легендарный русский гирокар Шиловского
Первую и единственную в мире полноценную самоходную безрельсовую машину с гироскопом разработал и построил известный русский государственный деятель и талантливый изобретатель-самоучка граф Петр Петрович Шиловский. Это был «богато одарённый человек с огромным честолюбием», перу которого принадлежали многие оригинальные проекты и монографии по теории, конструированию и применению гирокаров. Впервые свою идею маховоза он воплотил в жизнь в 1911 году, представив модель однорельсовой железной дороги с тремя вагончиками, снабженными вращавшимися маховичками.
На следующий год Шиловский взялся за реализацию своего главного изобретения — двухколесного одноколейного автомобиля с маховиком, обеспечивавшим ему устойчивость как во время движения, так и на стоянке.
Первый вариант гирокара Петра Шиловского с двумя опущенными опорными колёсиками. 1913 год
Слишком сложная, дорогая и непонятная машина не получила поддержки Царского правительства, и в 1912 году изобретатель уехал в Англию. Там за сборку гироскопического автомобиля Gyrocar взялась компания Wolseley Tool and Motor Car из Бирмингема, и впоследствии за границей гирокар Шиловского всегда считали разработкой и приоритетной собственностью Великобритании.
Окончательный вариант машины Шиловского с 24-сильным мотором Wolseley. Осень 1913 года
Работы над гирокаром начались в октябре 1912 года с испытания двигателя и рессор подвески. Шасси было готово 14 июля 1913-го, а комплектный автомобиль появился глубокой осенью того же года. 27 ноября его завели, подняли боковые поддерживающие колёса, и он благополучно проехал несколько метров, не опрокинувшись. 28 апреля 1914 года в центре Лондона состоялся первый публичный показ машины с пассажирами, которая передвигалась со скоростью пешехода, демонстрируя свою феноменальную устойчивость.
Петр Шиловский на своем гирокаре (на переднем сиденье справа). Лондон, июнь 1914 года
Демонстрационный показ гироскопического авто на улицах Лондона. Лето 1914 года
Автомобиль Шиловского представлял собой крупную, сложную и тяжелую машину массой около трёх тонн с открытым четырехместным кузовом на лонжеронном шасси. В её передней части устанавливался обычный четырехцилиндровый мотор в 24 силы от легковушки Wolseley 16/20НР. От него крутящий момент на заднее ведущее колесо передавался через сцепление, четырехступенчатую коробку передач, цепную и карданную передачи и червячный редуктор. Передняя подвеска напоминала развитую вилку мотоцикла, заднее колесо подвешивалось на двух продольных консольных рессорах.
Шасси с четырехметровой колесной базой дает общее представление о конструкции гирокара
На виде спереди видна мощная трубчатая подвеска на двух продольных консольных рессорах
Одновременно двигатель приводил электрогенератор, подававший ток на электромотор, который за 8–10 минут разгонял горизонтальный кованый маховик диаметром чуть более одного метра до 3000 оборотов в минуту. Он весил 610 килограммов, имел толщину 12 сантиметров и размещался между сиденьями в средней части машины.
Эскизы компоновки гирокара и размещения основных узлов из монографии Шиловского
Управление гироскопом обеспечивали вертикальная наклонявшаяся обойма маховика и запутанная система маятников, зубчатых секторов, шестерен и шариковых датчиков, заставлявшая верхний конец вала маховика отклоняться вперед или назад. При падении оборотов автоматически включался разгонный электромотор, возвращавший автомобиль в вертикальное положение.
С началом Первой мировой войны Шиловский вернулся в Россию, а в 1915-м «в целях обеспечения сохранности при бомбежках» англичане «надежно спрятали» гирокар, просто сбросив его в яму, выкопанную близ соседней железнодорожной станции. И на 20 с лишним лет о нём забыли.
На родине Шиловский пытался организовать строительство однорельсовой железной дороги, но в 1922-м ее финансирование прикрыли, и Шиловский навсегда уехал в Англию. По его настоянию в 1938 году полусгнившую машину эксгумировали, подреставрировали и поместили в музей фирмы Wolseley. Через десять лет её отправили на слом.
Эксгумация легендарного гирокара, пролежавшего в земле 23 года. 1938 год
Русский предок Segway: гирокар графа Шиловского
Чем сейчас увлекаются российские губернаторы и градоначальники? Охотой, горными лыжами, иногда даже пчеловодством… Машины они любят, но чаще – просто большие, дорогие и довольно обыденные. Ни одного инженера-конструктора, работающего в свободное время над конструкцией автомобиля будущего, среди них не замечено. А вот до революции в России такой губернатор был. Просим любить и жаловать: граф Петр Петрович Шиловский.
Кто из обывателей знает о существовании гироскопа и о его функциях столько, что сможет внятно рассказать об этом другому человеку: 1 из 100? Не факт, но допустим. А кто в состоянии извлечь из данного устройства практическую пользу? Очень немногие. Лично мое знакомство с подобным механизмом закончилось в трехлетнем возрасте на детской юле (как и у большинства тех, кто имел в своем «арсенале» такую игрушку). Тем любопытнее обратиться к истории и понаблюдать за потугами редких энтузиастов, инженеров-самоучек, что всерьез пытались создать транспорт на основе гироскопа и внедрить его в массы. Особенно если одним из таких пионеров гироскопической техники являлся наш соотечественник Петр Шиловский.
Граф Петр Петрович Шиловский собственной персоной;
Демонстрация Луисом Бреннаном моделей гиростабилизированного локомотива длинной 183 см и 762 мм.
Чиновник со странностями
Родившийся 12 сентября 1871 года Петр Петрович был потомственным дворянином, прямым наследником рода Шиловских (который велся с XIII века). Хотя в детстве наш герой проявлял немалую склонность к техническим наукам, во взрослой жизни пошел по стопам своих отца (действительный статский советник) и деда (надворный советник), окончив в 1892 году Императорское училище правоведения и поступив на службу в Департамент герольдии Сената.
Впрочем, родословная графа пестрела заслуженными государственными деятелями, отчего выбор профессии сложился сам собой. Карьера Петра Шиловского, как и должно, складывалась успешно – с 1904 года он занимал высшие руководящие посты, служа вице-губернатором или губернатором различных областей Российской Империи (в том числе Олонецкой и Костромской). На этом поприще граф зарекомендовал себя с наилучшей стороны: в 1913 ему даже было присвоено звание почетного гражданина Костромы. Но душа его к управлению губерниями не лежала. В том же году он ушел в отставку по собственному желанию. Но лишь затем, чтобы все свое время посвятить воплощению давней мечты – постройке испытательных образцов гиростабилизированной техники.
Трудности внедрения
Дело в том, что гироскопы были тайной страстью Шиловского. Ознакомившись с изобретением немецкого математика И. Боненбергера (1817 г.) и устройством Фуко (1852 г.), граф восхитился настолько, что всерьез решил продолжать их дело. Не один год потратив на моделирование различных гироскопов, в 1909 он даже получил патент на «Устройство для сохранения равновесия повозок или других находящихся в неустойчивом положении тел» сразу в пяти странах: Англии, Германии, России, США и Франции!
Выделенных правительством Великобритании средств (£2 000) хватило для строительства 2 монорельсовых поездов. Длина каждого достигала 12 метров. В действие локомотивы приводились 20-сильным бензиновым мотором, способным развить скорость до 35 км/ч. Единственной проблемой данного устройства было сохранение равновесия: поезд принимал вертикальное положение только при максимальном вращении маховика. Любая поломка гироскопа во время пути грозила катастрофой – об автоматике в те времена еще ничего не знали. К тому же, необходимость создания требуемой инфраструктуры для монорельсовых поездов окончательно отпугнула инвесторов. Шанс дать жизнь своему изобретению для Бреннана оказался потерян.
По мнению Петра Петровича, в подобных механизмах крылся огромный потенциал. Одноколейный транспорт имел лучшую управляемость, большую устойчивость на поворотах, да и выглядеть в перспективе мог изящнее любого другого. В подтверждение своих теорий граф изготовил для петербургской выставки 1911 года действующую модель монорельсовой железной дороги. По слухам, она привела в восторг даже императора Николая I, посетившего мероприятие со своей семьей. Окрыленный успехом, Шиловский стал ходатайствовать о финансировании проекта. Ответом ему было молчание. В плане технического развития Россия того времени была на задворках планеты: страна не могла освоить производство и четырехколесного автомобиля, что уж говорить о диковинном двухколесном…
Чертежи гирокара Шиловского, на которых наглядно показано расположение гироскопа и принцип его работы.
Зато в Англии к данному проекту оказались более благосклонны. Там уже были наслышаны о монорельсе, который продемонстрировал изобретатель Луис Бреннан в 1909 году (его исследования велись параллельно Шиловскому). Диковина была показана на лондонской технологической выставке в масштабе 1:1. Под пристальным вниманием прессы локомотив не только передвигался на одной колее, но и благополучно перевез 32 человека! Сам Уинстон Черчилль изволил прокатиться в этом вагоне, что лишь добавило проекту популярности. Поэтому когда русский граф принес чертежи своего гиромобиля в студию Wolseley Tool & Motorcar Company, местные инженеры сразу же согласились собрать прототип.
Гирокар во всей красе. Публика ликует! Издание «Аэро- и автомобильная жизнь» впоследствии написало о нем следующее: «Особое восхищение прохожих вызывало то обстоятельство, что коляска даже при совершенно тихом ходе не теряла устойчивости. Шиловский нарочно ехал как можно медленнее, чтобы доказать, что устойчивость его автомобиля совсем не зависит от быстроты его движения».
Прототип
Машина, задуманная Шиловским, имела всего одну продольную ось с парой колес, передним и задним. Кроме двигателя внутреннего сгорания, она оборудовалась тем самым гироскопом, что представлял собой быстро крутящийся ротор, чья ось вращения могла изменять свое положение в пространстве. Именно это устройство должно было удерживать равновесие конструкции и не позволять ей упасть, даже когда та стояла на месте. Тяжеловесный ротор (600 кг) приводил в действие 110-вольтный электромотор, что, в свою очередь питался от динамо-машины, напрямую подключенной к главному двигателю. При этом общий вес прототипа составил 2 750 кг!
«Эксгумация» гирокара Шиловского и запоздалое раскаяние воротил из Wolseley Tool & Motorcar Company.
Несмотря на сложность, шасси для странного автомобиля было отлажено всего за год, причем каждая деталь здесь изготавливалась вручную, а адаптация проводилась буквально «методом тыка». Сердце графа с тревогой отсчитывало дни до первого испытания чудо-машины. Шиловский был почти уверен, что с расчетами не ошибся, и надеялся на успех. Но смущал вес прототипа: все-таки больше 2,5 тонн покоится всего на двух колесах! Не упадет, поедет ли – кто знает…
Первый опыт с «гирокаром», как нарекли свой проект Шиловский сотоварищи, состоялся 13 ноября 1913 года: инженеры раскрутили маховик гироскопа, а затем убрали из-под машины подпорки. Та осталась на месте, как ни в чем не бывало! Тогда испытатели отважились сесть в гирокар, по очереди в него залезая. Снова никакой реакции! Люди менялись местами, выходили и снова входили, а под конец обнаглели настолько, что попытались опрокинуть машину – гироскоп стойко выдержал все. Даже к пробному заезду по территории завода он оказался равнодушен. Граф остался доволен испытаниями, ведь первый блин вышел не комом.
Чертежи «будущего» советского монорельсового локомотива. Еще один «реквием по мечте» графа…
«Тайные» вылазки на гирокаре были и потом, и одна из них все же закончилась аварией, что отложило публичную демонстрацию прототипа до весны 1914-го. В сотый раз перепроверив все что можно и нельзя, Шиловский выкатил свою машину в Риджентс парк, к самому центру Лондона, так, чтобы никто из почтенной публики не миновал сего зрелища. И да, гирокар вызвал настоящую сенсацию! Пресса трубила о невиданном экипаже по нескольку раз в неделю; прохожие рукоплескали; даже сам Луис Бреннан, лично проехав в машине Шиловского, удостоил ее высочайшей похвалы. Отец гиростабилизированного монорельса признался Петру Петровичу, что никогда не задумывался о применении гироскопа в любой другой области, кроме железнодорожной, а тут такой сюрприз!
Монорельсовая мечта страны Советов
Запатентовав свой гирокар в Англии, Германии и России, наш изобретатель решил, что поймал удачу за хвост. Уже велись переговоры о выделении Шиловскому гранта от английского правительства на развитие его идеи. Однако внезапно начавшаяся Первая мировая война спутала графу все карты. Отныне производственные мощности Европы сосредоточились на выпуске военной техники. На счету был каждый фунт, поэтому любые сомнительные и фантастические проекты лишились финансовой подпитки. Мечты Шиловского о собственной фабрике гирокаров рухнули, едва в газетах появились первые военные сводки…
Вдохновленный примером Шиловского, Луис Бреннан в 1929 году спроектировал свой гирокар, заказав его фирме Austin, Morris & Rover (будущим создателям Mini Cooper). Те проект в жизнь воплотили. Но странный аппарат, похожий на двухколесный маленький трактор, никого не заинтересовал. Кроме самого изобретателя, разумеется…
В 1919 году Всероссийским советом народного хозяйства был утвержден проект монорельса Шиловского. В качестве испытательного участка было решено использовать бездействующую железнодорожную ветку Петроград – Детское Село – Александровка. В течение года конструкторское бюро под руководством Петра Петровича корпело над созданием гироскопического поезда. К работе были привлечены не только талантливые инженеры (Вульф, Годыцкий-Цвирко, Евреинов, Лютер, Шварц), но также известнейшие профессора теоретической механики (Жуковский, Мещерский, Папкович).
Со временем статус опытной железной дороги вырос до общегосударственного значения. Проект получил широкую огласку. Одна из государственных передовиц, «Красная газета» от 15 апреля 1921 года писала о нем следующее: «Президиум ВСНX обсуждал вопрос о сооружении однорельсовой гироскопической железной дороги. «…» Путиловский завод исполняет уже раму и корпус двухвагонного поездного состава. Пробный поезд будет готов через год. Он рассчитан на 150-верстную скорость в час. Такая скорость для двухрельсовых дорог была пока недоступна».
Конструкторская и инженерная группа действительно запланировала поезд из двух вагонов, моторного и пассажирского, на 400 мест. Они должны были быть непременно обтекаемой формы, а в движение их приводили бы два двигателя с электропередачей и мощностью по 240 л.с. каждый. На момент утверждения эскизов подвижного состава и их отправки на завод-изготовитель рабочие проложили 12 км экспериментального монорельсового полотна. Казалось бы, еще немного, и один из самых смелых замыслов за всю историю мирового машиностроения будет претворен в жизнь. Но нет. В мае 1922 года финансирование проекта было прекращено.
Внутри Ford Gyron футуризма еще больше, чем снаружи. Вместо привычного руля – бортовой компьютер, вместо приборной панели – перископ с панорамной камерой. Лишь муляжи, конечно, но Тремулис был уверен, что в XXI веке появится и не такое…
Вечный энтузиаст, Шиловский не сдавался. Он пробовал продвигать свои идеи во флот, без конца отсылая заявки на собеседование. Среди прочего, Петр Петрович предлагал использовать гироскоп для корабельных орудий, что позволило бы улучшить точность их наводки во время качки. Он также выдвинул теорию, как с помощью гироскопов от этой самой качки избавиться. Кроме того, к своим письмам инженер прилагал чертежи «ортоскопа» – гироскопического прибора для определения курса. Но все было тщетно.
Затем в новообразовавшемся СССР началась чистка кадров. Ожесточенные слуги режима с редким остервенением принялись выявлять «врагов социализма». Среди интеллигенции и людей с «подозрительной» родословной начались массовые аресты, ссылки или казни. И Шиловскому, в личном деле которого фигурировал титул «граф», находиться в стране стало смертельно опасно. Он сумел вывезти семью в последний момент перед тем, как с лязгом захлопнулся «железный занавес». С тех пор о судьбе своей родины он узнавал из газетных хроник да сплетен среди выживших эмигрантов…
В гоночный болид Gyro-X инженер Луис Суинни заложил огромный потенциал. Экспериментальная машинка хоть и получилась маленькой (высота 120 см, длина 160 см), зато разгонялась до 200 км/ч, имея на борту бензиновый двигатель мощностью всего 80 л.с. При этом гирокар обладал базовым уровнем комфорта и динамикой, что не снилась ни одному трековому мотоциклу! А все благодаря 12-килограммовому гироскопу, который мог раскрутиться до 6 000 об/мин.
Закат
Лондон не ответил радушием на внезапный приезд «любителя гироскопов». Все, кто водил дружбу или работал с графом, считали его погибшим. Потому и памятный гирокар, пылившийся на складах Wolseley Tool & Motorcar Company, закопали на задворках предприятия – за ненадобностью. Хорошо хоть не забыли, где именно…
Петр Петрович Шиловский поселился в Дулвиче вместе с женой и тремя дочерьми. Благодаря остаткам своей известности он устроился инженером в Sperry Gyroscope Company, занимавшейся исследованием гироскопических стабилизаторов, а также их применением в военной авиации и судоходстве. В 1924-м граф на собственные средства издал монографию «Гироскоп: его конструкция и применение». В ней Шиловский изложил весь накопленный опыт и знания о предмете, так что эту работу можно назвать в какой-то степени биографией самого изобретателя.
Чуть позже, в 1938 году бывшие коллеги Петра Петровича решились «эксгумировать» гирокар с тем, чтобы гордо водрузить его в музее техники Wolseley Tool & Motorcar Company на почетном месте – этакий жест в знак раскаяния. Там экспонат простоял ровнехонько 10 лет, после чего его и вовсе уничтожили. Кто и зачем – неизвестно. Может быть, так «четырехколесники» избавлялись от потенциальных конкурентов? Кто знает…
Суинни грезил о массовом производстве. Свой Gyro-X он представлял и в качестве семейного купе, и в виде пикапа, и даже… военного гиромобиля-разведчика! Вот только проблема с долгим «разогревом» гироскопа никак не решалась…
Сам граф Шиловский почил в Херфордшире в возрасте 86 лет. Старость свою он провел в относительной бедности, хотя для аристократов это понятие растяжимо и нередко означает, что люди просто не могут позволить себе содержать прислугу. Единственное, что осталось неизменным для Петра Петровича Шиловского, это его упрямая, даже фанатичная вера в гироскоп – устройство, призванное сделать нашу жизнь лучше.
Что дальше?
Со смертью обоих идеологов (Луис Бреннан погиб в 1932 году, по иронии судьбы, под колесами автомобиля) гирокар должен был превратиться в забавный каламбур в истории машиностроения, а потом и вовсе исчезнуть с ее страниц. Но этого, как ни странно, не произошло. В 1961 году на автосалоне в Детройте был обнародован до жути странный концепт Ford Gyron. Его разработкой занимался сам Алек Тремулис, ставший влиятельной фигурой в автобизнесе. Автор таких работ, как Cord Phaeton 812, Tucker Torpedo и даже строго засекреченных НЛО, он неплохо продвинулся по карьерной лестнице, возглавив отдел дизайна Ford Motor Company.
Алек не понаслышке знал о гироскопах. Почитывал он и труды Луиса Бреннана, чьи идеи активно применялись в инновационных проектах ВВС США. И уж конечно Тремулис был в курсе успешного эксперимента графа Шиловского. Поэтому его проект не выглядел нелепо скроенной колымагой, а представлял собой элегантный гибрид самолета и автомобиля. Так, по мнению главы отдела дизайна FMC, должен был выглядеть транспорт будущего. Жаль только, что Ford Gyron не мог ездить – совет директоров выделил средства только на эффектный кузов машины. Устанавливать туда сам гироскоп в их планы не входило. Все-таки конец 50-х и начало 60-х были временем настоящей «гонки вооружений» в Большой тройке, и нередко пустить пыль в глаза было тогда важнее полноценных открытий…
А затем был Gyro-X. Гоночный транспорт, сочетавший в себе резвость трекового мотоцикла с комфортом автомобиля. Авторство идеи принадлежало конструктору Томасу Саммерсу и инженеру Луису Суинни (дизайн разработал все тот же Тремулис). Благодаря обтекаемому закрытому кузову аэродинамические характеристики Gyro-X были на порядок выше мотоциклетных, а устойчивость на поворотах и виражах просто изумляла. В 1962 году этот проект выглядел столь впечатляюще, что инвесторы из Gyro Transport Systems были готовы поставить производство Gyro-X на поток. Но несовершенство механизма заставило их передумать. Все дело во времени: гироскоп раскручивался слишком долго, чтобы машина могла обрести равновесие. А люди, особенно покупатели, как известно, не любят ждать.
Двухколесному скутеру Segway создатели прочат большое будущее. На него активно пересаживают полицию, туристов, бакалейщиков. Есть даже внедорожный вариант. Эх, видели бы это Бреннан с Шиловским!