飛行船とその構造に関する簡単な教義 第2版/飛行船のエンジン

出版：1904年 出典：K. Tsiolkovsky 飛行船とその構造についての簡単な教義である。K. ツィオルコフスキー 第2版、増補改訂版、著者の作品の略歴付き。- Kaluga: Printing House. Kaluga: Printing House of Provincial Administration, 1904.

航空機エンジン
いずれにしても、飛行船を垂直・水平に操縦するためには、大気の速い流れを克服するためにも、非常に強力なエンジンが必要である。

勢いがあるだけでなく、安くて丈夫で信頼性の高いエンジンを選ぶことができれば良いのである。

電動機については、現状では諦めざるを得ない。ボート用に設計された最後の電動機は、蒸気1回分の重さが450kgを超えるバッテリーを搭載していたのである。偉大な飛行機を発明したマキシムは、電動機の重量が1馬力あたり68キログラム以下になるとは夢にも思っていない。これらのデータは、1897年に出版されたM.M.Pomortsevの「Ballooning」という本から引用しているのである。

しかし、RenarとKrebsは1884年に高さ8mの小型誘導飛翔体で電動機を使っても時速20kmを達成した。現在のエンジンとは比較にならないほどのエネルギーを持つ大きな金属製の飛行船で、どのようなスピードが出せるのか!?

電気の他にも、ガス、石油、蒸気などのエンジンがあるが、可燃性の船殻に使用するのは非常に危険である。最近、軟式飛行船にガソリンエンジンを使用していたウェルフェルトが死亡したことで証明された。おそらく、機械からの高温の排気ガスの上昇気流が、気嚢から漏れ出たガスの小滴に達したのだろう。これで浮揚ガスに火がつき、もちろん気嚢にも引火した。

ところで、ここでは、真理や公益を実現するために、地位や財産だけでなく、命までも犠牲にした熱意のある人々に敬意を表したいと思うのである。それどころか、真実の先駆者の道を歩み続けるための基盤を形成する、素晴らしいものである。それに仕える者は幸いである。

通常の気球にとって火が危険なものであることは、最初の気球乗りの多くの生存者が証明しているのである。彼らは、軽いガスではなく、気球に充填された空気を加熱することによって高みを目指した。この場合、発火するのは1つの船殻のみで、水素は火災に関与しないため、危険性はさらに低くなる。私自身、モンゴルフェの熱気球が10ファゾムの高さで火を噴くのを目撃した。気球に乗っていた人は、気球の下にあったパラシュートのおかげで救われた。しかし、後者も簡単に炎上してしまった...。

一方で、燃えやすい巨大な翼を持つ飛行機にエンジンを使用するのは非常に危険であることも忘れてはならない。電動機は、その出力が弱いゆえに、それらには全く適していない。

エンジンが他のものとは比べ物にならないほど高性能であることは、火を使うことが非常に危険であるにもかかわらず、最新の制御式気球にはすべてガソリンエンジンが搭載されていることからも確認できる。サントス-デュモンやルボディの飛行船がそれに該当する。

そうであれば、このエンジンを搭載する飛行船は金属材料の使用を義務づけているのである。通常の蒸気機関である機関車や船舶のエンジンは、1馬力あたり約100キログラム。しかし、ギラグ・マキシムが飛行機に搭載した蒸気機関（ただし、理論的にも飛行機の飛行は難しいだけでなく、非常に危険であるため、レールの間のフレーム内でも10秒以上は飛行しなかった）は、20～50倍の軽さ、つまり1馬力あたり2～5kgの重さであった。つまり、マキシマの蒸気機関のエネルギーは、電気機関の90〜225倍もあったのである。

Serpoleシステムのエンジンは、さらに軽量化できる。また、蒸気機関は肉厚の鋼管で構成されており、水路が非常に狭いため、そこに水を入れて爆発させても重大な結果を招くことはないので、爆発に対する保証は万全である。しかも、壁の厚みがあるので無理である。

汽船「タービニア」（1897年）のタービン蒸気機関の出力は2,100馬力だった。蒸気ボイラーとすべての機器を含めた重量は22,000キログラム。そのため、1馬力あたりの重量は10kg近くになっていた。

ペニントンの石油機関は、通常の機関車の14倍の力、つまり1馬力に対して7キロの重さがあった。ラングレーが模型飛行機の推進用に用意した蒸気機関も、同じ出力であった。重量は10kgで、10分間の飛行に成功した。

Zhukovsky教授（"Balloonist"、1904年、No.2）によると、現在、エンジンは1馬力あたり5～6kgの重量があるが、この重量はおそらくすぐに減少するだろうと付け加えている。きっと、ガソリン自動車のエンジンのことだろう。

これらのエンジンはすべて、（もちろん同じ重量であれば）電気式のものとは比較にならないほど強力であることがわかりるが、飛行船に不燃性の船殻を使用するという条件のもとでのみ、燃焼式エンジンの使用が可能である。つまり、現在のエンジンの状態では、ここにも金属素材の利点があるのである。

現在、最も普及しているエンジンは蒸気機関である。その欠点は、蒸気形成のために大量の水を必要とすることである。空気冷却器は、柔らかい殻を持つ気球や飛行機の上に作るには、飛行体の重量を大幅に増やす必要がある。しかし、金属製の飛行船は全く別物である。そこでは、蒸気の凝縮が非常に生じやすい。船の船殻全体を利用することができる。凝縮のために蒸気を船殻の中に入れる必要はなく、鉄製の円環状（図1、2、3、CC.参照）の水路を通せばよいのである。

蒸気機関では、このような空気冷却器があれば、水と燃料の供給はわずかで済む。最も安くて軽い燃料は石油になる。1馬力に対して、1時間の走行で1/2～1キログラムの石油の備蓄が必要である。だから、飛行船は1000分の1の旅に必要な燃料を備蓄しておくことができる。

軽いガスを燃やすことも可能だが、その場合、浮力を維持するためには、気嚢内の温度を上げ続けなければならない。この場合、燃料を節約することができるが、燃焼したガスはすぐに交換しなければならず、外壁の温度を上げてしまうことになる。

また、爆発性のエンジンで直接石油を燃焼させた方が利益が大きい。

金属製船殻の筒状のフープで蒸気が凝縮されると、軽い内部ガスの温度は周囲の空気の温度よりも高くなる。

しかし、それが飛行船に役立つのか?船殻を常に乾燥させて金属の錆びを防ぐことや、ガスを乾燥させて膨張させて軽くし、揚力を高めることができるので便利である。

最後に、気嚢の温度上昇は、この上昇が十分に大きければ、その上に降り積もった雪を溶かす。温帯や寒帯の国では、これがないと気球を飛ばすのが非常に困難になり、気球が落下したり、太陽熱で氷の地殻が形成されたりすることがある。後者は、船殻が曲がってしまうと、劣化の原因となることがあり、特に有機素材の気球ではその傾向が強い。気球乗りのアンドレが死んだのはそのためではないのか!?

気嚢の温度は高ければ高いほど良いとさえ言えるだろう（もちろん、100度を超えない範囲で）。

エンジンは、飛行船の内部温度を調整して、悪天候にもかかわらず同じ高度に保つという別の面でも活躍していた。実際、船殻のフープで蒸気を凝縮させ、同じ水を長時間使用することで、燃焼生成物、すなわち蒸気機関を加熱する高温ガスを、特殊なパイプ（図1および図2、TN）を通して船殻内に様々な数で通過させることができ、それによって必要に応じて浮揚ガスの温度を既知の限界の間で変化させることができる。

しかし、同じように蒸気を使っても、高温のガスを外に放出するだけで、水素の加熱には使えない。実際、船殻の表面で蒸気を圧縮した場合、ガスの温度は内部の管で蒸気を圧縮した場合よりもはるかに低くなる（図1および図2、TN）。

いずれにしても、浮揚ガスの温度を必要に応じて変化させることができる。蒸気機関で最高温度に達するためには、燃焼生成物による温度変化の方法を受け入れる必要がある。

図. 1と2には温度調節器RTが示されている。これはタンクであり、高温のガスが流れる。フラップが付いているので、黒いパイプ（TN）またはもう1つの短いパイプにアクセスでき、そこから直接大気に吹き出される。

調整器の使い方は明確である。通常、フラップは両方の開口部が半開きになるように設置されており、燃焼生成物の半分は外部に排出され、半分は水素や船殻の加熱に使われる。

例えば、太陽が雲に隠れて飛行船が冷えて落下し始めたら、内側の管につながるフラップを広げることで、浮揚ガスの温度を上げ、飛行船の冷却と落下を止める。逆に、太陽が気嚢をより加熱している場合は、長い管に通じる穴を狭め、短い管に通じるもう一つの穴を広げていることになる。そうすると、温度が下がって、風船が上に向かっていかなくなる。

もちろん、フラップはバルーンの上下動のための強力な装置として機能するだけでなく、その揚力を非常に大きく変えることができる。

温度調節器の重要性は、均衡を保つこと、つまり飛行船の揚力をその重量と同じにすることで、（密度が変わらないと仮定して）空気中の体積も変わらないようにすることにある。したがって、垂直方向の平衡状態があれば、気象の影響で船殻の体積が変動することはなく、つまり船殻自体が曲がることはないはずである。このような状況は、その完全性のために有用である。

以上のことから、飛行船は水平方向に細長く滑らかな形状であること、飛行船の素材として最も有利なのは金属であること、この考えに不可能はありない。金属製の飛行船であれば、蒸気や爆発物などの最も有利で高出力なエンジンを使用することができる。これらのエンジンは、上昇するための浮揚ガスを加熱することで、飛行船の均衡を垂直方向に乱す気象上の影響に対抗する最良の方法を提供する。