Текст книги "Русский изобретатель и конструктор Кулибин"

Автор книги: Иван Артоболевский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 3 страниц)

Академик
И. И. Артоболевский
РУССКИЙ ИЗОБРЕТАТЕЛЬ И КОНСТРУКТОР КУЛИБИН

Иван Петрович Кулибин (1735–1818)

История развития русской науки и техники богата многочисленными именами выдающихся изобретателей и конструкторов. С особенной гордостью мы вспоминаем славные имена – первого изобретателя паровой машины Ползунова, конструктора металлообрабатывающего станка Нартова, создателей первых русских паровозов Черепановых, выдающегося конструктора и изобретателя многочисленных механизмов, устройств и сооружений Кулибина и других ученых, техников и изобретателей, своими изобретениями и конструкциями намного опережавших иностранных ученых и техников. К сожалению, судьба этих талантливых сынов нашей Родины была трагичной. В условиях самодержавия замечательные изобретения русских техников оставались часто незамеченными или изобретателям создавались такие условия, при которых угасали их таланты.

Во множестве рождала земля русская этих людей с пытливым умом, неиссякаемой энергией, богатых той технической сметкой, которая так свойственна русскому человеку, но только единицы из них сохранились в истории науки и техники; большинство же закончили свою жизнь в нужде и неизвестности. Не избежал этой судьбы и гениальный русский изобретатель и конструктор Иван Петрович Кулибин.

I

Иван Петрович Кулибин родился, в Нижнем-Новгороде (Горьком) в 1735 году в семье мелкого торговца мукой. Отец его был старообрядцем, грамоту ценил, но образования сыну давать не хотел, считая, что наиболее подходящим занятием для сына будет торговля мукой. Обучив мальчика у дьячка элементарной грамоте по псалтырю и часослову, его поставили за прилавок развешивать муку.

Один из лучших биографов Кулибина, Н. И. Кочин, материалы которого нами были в основном использованы в настоящей брошюре, указывает, что с самого раннего возраста Кулибин обнаруживает необычайный интерес к различным техническим устройствам. Мальчиком он вырезывает перочинным ножом из дерева различные диковинные игрушки, отдельные детали машинных устройств и т. д. Однажды он сделал миниатюрную модель мельничного постава, в которой были все детали и механизмы настоящего. Он показал модель отцу, но отец отобрал ее, поломал и даже наказал сына, считая такое его занятие баловством.

Это не смогло подавить склонностей мальчика к изобретательству. Он продолжает строить модели водяных колес, самодельные кораблики, шлюзы и т. д. Ранние биографы отмечают, что Кулибин мальчиком был одержим идеей изобрести что-то необычное. Он часами мог простаивать, наблюдая работу простейших механических устройств.

Сохранились указания, что особенное впечатление на Кулибина-мальчика произвели хитроумно устроенные часы, установленные на колокольне Строгановской церкви в Нижнем. Эти часы показывали движение небесных светил, лунные фазы и каждый час оглашали окрестности музыкой. Все попытки мальчика разгадать тайну механизма часов ни к чему не привели, так как в городе даже не было часовщика, который мог бы рассказать об устройстве этих часов. Будущий изобретатель начинает искать книги, в которых можно было бы найти разгадку действия часового механизма.

После долгих поисков он наталкивается на книгу «Краткое руководство к познанию простых и сложных машин, сочиненное для употребления российского юношества». Перевод Василия Ададурова, адъюнкта при Академии наук в Санкт-Петербурге, 1738 год. Каково же было разочарование мальчика, когда он увидел, что для того, чтобы прочитать и понять эту книгу, надо знать математику! Он начинает тогда жадно читать любые книги, которые ему попадались. Особенно он следит за «Прибавлениями к Санкт-Петербургским Ведомостям», в которых иногда помещались сообщения о разных открытиях и изобретениях.

Суров и тернист был путь Кулибина к науке, но светочем на этом пути ему был великий гений русской науки Михаил Ломоносов, сочинения которого тщательно изучались Кулибиным в период его юношеских исканий.

Острый интерес к часам продолжает владеть Кулибиным. Это и понятно, так как часы представляют собой сложный и точный автомат. К тому же во времена Кулибина часы, особенно стенные или настольные, часто снабжались различными диковинными устройствами, вроде кукующих каждый час кукушек, лающих собачек или танцующих человеческих фигурок. Часовыми механизмами занимались искусные мастера-механики.

Многие выдающиеся представители науки и техники изучали теорию и практику часового дела. На часах «развилась вся теория о производстве равномерных движений», – говорит Маркс. Действительно, на всем протяжении истории развития техники мы видим стремление к созданию механизмов с равномерным движением, свободных от вредных динамических нагрузок. Часовой механизм является лучшим представителем этого класса механизмов.

Восемнадцати лет Кулибин впервые увидел у одного купца стенные часы с кукующей каждый час кукушкой. Он упросил купца дать ему часы на время, разобрал их, изучил механизм и попытался перочинным ножом вырезать все часовые детали из дерева и собрать из них собственные часы той же конструкции. Детали были изготовлены, и часы были собраны, но они не пошли, так как детали механизмов, вырезанные перочинным ножом, не обладали требуемой точностью.

Тогда молодой изобретатель начинает поиски инструментов, которыми можно было обеспечить необходимую точность изготовления часовых деталей. Случай помог ему в этом. Нижегородские купцы, зная Кулибина как грамотного человека, послали его в Москву по одному судебному делу. Попав в Москву, Кулибин жадно ищет часовые мастерские и долго простаивает у витрин, наблюдая за ходом часов.

На Никольской улице, в витрине часовщика Лобкова, он увидел знакомые ему часы с кукующей кукушкой. Он рассказывает Лобкову о своей страсти к часам. Лобков был отзывчивым человеком и позволил Кулибину бывать у себя. Кулибин знакомится у Лобкова с различными конструкциями часовых механизмов и изучает тайны часового ремесла.

Перед отъездом из Москвы Кулибин упрашивает Лобкова продать ему хотя бы изношенные инструменты. Лобков продает Кулибину поношенный лучковый токарный станок, сверла, зубила, отвертки и т. д. Со всеми этими инструментами Кулибин возвращается в Нижний и первым делом мастерит новый образец деревянных часов с кукушкой, «прорезая зубцы сбоку особливым образом». Часы эти пошли. По городу прошел слух о талантливом механике, и жители Нижнего стали обращаться к нему с просьбами произвести ремонт или исправление различных машинных устройств.

Кулибин решил тогда организовать часовую мастерскую. Он начал выпускать медные часы с кукушкой. Наиболее трудоемкой работой было изготовление зубчатых колес. Нарезка зубцов этих колес занимала слишком много времени, поэтому Кулибин стал отливать колеса из меди. Медные часы Кулибина получили широкое распространение среди нижегородских купцов.

Но любовь к технике заставляла изобретателя все время искать новых объектов для изучения, и, несмотря на выгоду, которую ему давала продажа медных часов, Кулибин бросает их производство и, предпочитая бедствовать, занимается починкой только сложных и любопытных часовых автоматов.

В это время ему было 28 лет. Отец его умер, и мучная торговля закрылась. Починка часов давала Кулибину возможность лишь скудного существования, так как часами обладала в Нижнем только знать и некоторая часть купечества, но и они предпочитали отдавать часы в починку столичным часовщикам.

Но вот однажды у губернатора испортились «часы с репетициями». Так назывались карманные часы, отбивающие четверти часа. В некоторых случаях они играли гаммы, а иногда даже и несложные музыкальные пьески. Кулибин, изучив механизм, отремонтировал губернаторские часы. Слава о замечательном механике распространилась теперь по всему Нижнему. Дворяне, помещики и купцы стали привозить к нему поломанные часы.

Мастерская Кулибина стала расширяться. Он пригласил к себе помощника и стал вместе с ним чинить часы любого сложного устройства. В свободное время Кулибин продолжает изучать математику и физику.

В 1764 году стало известно, что императрица Екатерина собирается посетить Нижний-Новгород. Кулибин решил к ее приезду построить диковинные репетичные часы новой конструкции. Для того чтобы изготовить такие часы, нужно было несколько лет работы, и, кроме того, требовались точные инструменты, золото для оправы и т. д. На всё это у Кулибина денег на было.

Помог изобретателю приятель его отца, богатый купец Костромин. Купец взял Кулибина, его семью и помощника на полное свое иждивение и выдал деньги на приобретение инструментов и материалов.

Работа над часами почти подходила к концу, когда неожиданно Кулибин прервал ее. Купец Извольский привез в Нижний для забавы телескоп, микроскоп и подзорную трубку. Кулибин выпросил их у Извольского, разобрал и решил сделать сам такие же приборы. Следует отметить, что в то время изготовление подобных приборов было производственной тайной мастеров. Поэтому Кулибину пришлось дойти до всего самому путем длительного и упорного эксперимента. Он подбирает нужные пропорции элементов для производства стекла, отливает стекло, изготовляет шлифовальные приспособления, опытным путем определяет фокусные расстояния и т. д.

Вот как он сам описывает свою работу над изготовлением этих приборов: «По случаю получил я для просмотра телескоп с металлическими зеркалами, который, разобрав, как в стеклах, так и в зеркалах, стал искать солнцу зажигательные точки и снимать отдаленную от тех зеркал и стекол до зажигательных стекол меру, по которой можно было бы узнать, каковые вогнутостью и выпуклостью для стекол и зеркал потребность делать медные формы для точения на песке зеркал и стекол и со всеми того телескопа сделал рисунок. Потом стал делать опыты, как бы против того составить металл в пропорции, и когда твердостно и белостно стал у меня выходить на оный сходственен, то из того по образцу налил я зеркал, стал их точить на песке на реченных и уже сделанных выпуклистых формах и над теми точеными зеркалами начал делать опыты, каким бы мне способом найти такую же чистую полировку, в чем и продолжалось немалое время, и, выпробовав одно зеркало в полировке на медной форме, натирал оную сожженным оловом и деревянным маслом, и так тем опытом из многих сделанных зеркал вышло одно большое зеркало и другое противоположное малое в пропорции и помощью Божию сделал такой же телескоп».

Приборы были изготовлены: английские патенты были разгаданы русским механиком-изобретателем. Профессор Московского университета Ершов, известный специалист по практической механике, живший в середине XIX столетия, говорит: «Одних этих изобретений было бы достаточно для увековечения имени славного механика. Мы говорим – изобретений, потому что обтачивать стекла, делать металлические зеркала и чудные механизмы в Нижнем-Новгороде без всякого пособия и образца – это значит изобретать способы для этих построений».

Закончив изготовление этих приборов, Кулибин вновь возвращается к работе над репетичными часами. Он закончил их только в 1767 году. Часы имели форму утиного яйца и немногим превосходили его величиной. Справа была сделана из золота. Часы заводились раз в сутки и отбивали четверти, половины и полные часы. В исходе каждого часа в верхней части часов открывались дверцы, и глазам зрителя представлялся золоченый чертог. В глубине чертога находился «гроб господень», и к его двери был привален камень. По сторонам двери стояли два воина с копьями. Отворялись двери чертога, и появлялся ангел. Камень, приваленный к двери, отваливался, дверь, ведущая в гроб, открывалась, и воины падали ниц. Через полминуты появлялись жены-мироносицы, и часы под звон трижды исполняли церковный стих. После этого дверцы чертога захлопывались.

Все фигурки были сделаны из чистого золота и серебра. В полдень часы играли музыку, сочиненную Кулибиным в честь приезда царицы.

Императрица Екатерина приехала в Нижний 20 мая 1767 года. Договорившись с губернатором и с сопровождавшим царицу Владимиром Орловым, Кулибин и Костромин на другой день были представлены Екатерине. Кулибин зачитал сочиненную им оду и преподнес царице диковинные часы. Екатерине часы очень понравились, она похвалила талантливого изобретателя и обещала вызвать его в Петербург.

Часы Кулибина (в увеличенном виде)

Циферблат часов Кулибина (увеличено)

II

Начался новый, «петербургский», период жизни Ивана Петровича Кулибина. В столицу Кулибин приехал 27 февраля 1769 года вместе со своим меценатом купцом Костроминым. Вначале они представились директору Академии наук В. Орлову. Орлов устроил им прием во дворце. На приеме Кулибин прочитал новую, сочиненную им оду и продемонстрировал изготовленные им телескоп, микроскоп и часы. Екатерина была приветлива с Кулибиным и велела телескоп, микроскоп и часы отослать в кунсткамеру (музей) и хранить их там «как необыкновенные произведения искусства», а за часы выдать Кулибину и Костромину по тысяче рублей.

Было приказано нижегородского мещанина Кулибина определить на службу в качестве заведующего механической мастерской Академии наук. Жалование ему было назначено 300 рублей в год при готовой квартире и отоплении. Кулибин выписывает в Петербург свою семью и целиком уходит в работу. Под его руководством мастерская стала быстро развиваться и производить не только ремонт, но и изготовление самых сложных приборов. Кулибин продолжает одновременно изучение математики, физики и различных вопросов механики.

Казалось, что всё складывалось исключительно благоприятно для талантливого конструктора. Материальная обеспеченность, наличие хорошо оборудованной мастерской должны были дать ему полную возможность для развития всех его творческих способностей. Но действительность была гораздо более мрачной. В период работы Кулибина в Академии наук громадным влиянием пользовалась там немецкая партия академиков. Пытаясь духовно поработить Россию, ее народ, они навязывали выдуманную ими теорию о неспособности русских к самостоятельному культурному и техническому прогрессу, о том, что всё передовое зарождается на Западе, удел же России – слепое подражание Западу. Господствующие классы царской России веками воспитывали в русской интеллигенции это раболепие перед Западом и его культурой.

Академическая немецкая партия, с которой всю жизнь боролся М. В. Ломоносов, невзлюбила также и Кулибина.

Но крупнейшие ученые того времени – русские академики Котельников и Эйлер – признавали в Кулибине человека гениальных способностей и принимали в его судьбе большое участие. Как указывает профессор Ершов, «беседам Эйлера Кулибин обязан многими познаниями и развитием своего таланта».

Кулибин испытывал презрительное отношение к себе бездарной немецкой группы академиков. В одном из своих писем он пишет: «Мои успехи в изобретениях хотя не велики, да я не был в науках, не сделал ими казне ни малейшего убытка. А единственно помощью Божьей старался во изобретениях, и в том о моих успехах три раза опубликовано было в Европе. Мне весьма желалось видеть публикуемых о успехах во изобретениях г.г. профессоров (академиков. – И. А.), как должны быть велики, но, к несчастью моему, видеть и слышать о том не случалось мне во всю бытность в Петербурге».

В Петербурге Кулибин с жаром принимается за труднейшую инженерную задачу. Он проектирует мост через Неву. Столица России, разделенная Невой, имеющей около 300 метров ширины, на две части, испытывала значительные неудобства. Временный наплавной мост, установленный на барках, приходилось разбирать всякий раз в периоды половодья. Кулибину пришла дерзкая мысль перекрыть Неву арочным мостом, имеющим только один пролет и допускающим свободный проход кораблей и барж.

Аналогичные арочные мосты существовали и раньше, но никто не смел тогда даже думать о возможности сооружения такого моста с пролетом до 300 метров. Кулибин строит первую самодельную модель моста и испытывает ее. Модель выдерживает все испытания, но эта конструкция Кулибина не удовлетворяет. Он строит второй, усовершенствованный вариант модели моста. Он был значительно совершеннее первого, но и этот вариант не удовлетворяет изобретателя. Он приступает к осуществлению третьего проекта модели. Этот вариант отличался от первых двух тем, что в нем срединная часть моста была значительно облегчена. Такая конструкция явилась более рациональной, она используется и в современном мостостроении.

Значительно улучшена была конструктивная и архитектурная часть проекта. Длина арки намечалась в 298 метров. Сам мост должен был быть собран из решетчатых ферм. Проезжая часть моста проектировалась почти горизонтальной. К проекту была приложена подробная пояснительная записка, в которой с исключительной тщательностью были изложены все детали процесса постройки моста.

Кулибин, например, разработал проекты специальных башен, поддерживающих тросы, на которых должны были в период монтажа подвешиваться конструкции ферм. С инженерной стороны проект был исчерпывающе продуман и проработан. Интересно отметить, что для определения очертания арки Кулибин экспериментально применяет теорию так называемого веревочного многоугольника, вошедшего в курсы теоретической механики значительно позже. Таким образом, Кулибин самостоятельно открывает закон взаимодействия сил в статически определимых системах.

Проект деревянного моста через Неву, составленный Кулибиным

Построенная Кулибиным модель имела 14 сажен длины и представляла собой одну десятую настоящего моста. Строили ее 17 месяцев. На сооружение этой модели правительство выдало 3 тысячи рублей. Фактическая же стоимость модели была 3 524 рубля 96 копеек. Разницу изобретателю пришлось уплатить из собственных денег.

Модель моста должна была пройти испытания. Большинство академиков не верили в возможность создания моста, спроектированного только с помощью экспериментальных методов и исключительно инженерной интуиции. Сочетая теорию с экспериментом, Кулибин с помощью веревок и гирек проводит свои опыты и вычисляет силы сопротивления отдельных частей моста. Только величайший математик того времени академик Эйлер верил в Кулибина. Он берет его чертежи и математические выкладки и тщательно их проверяет. Все расчеты оказались правильными. Свои соображения и вычисления Эйлер изложил в статье: «Легкое правило, каким образом из модели деревянного моста или подобной другой машины, которая тяжесть нести должна, познавать, можно ли то же сделать в большем, что в модели (виде)», опубликованной им в «Месяцеслове с наставлениями на 1776 год».

Большинство членов комиссии по испытанию моста были убеждены, что мост рухнет. Мост был нагружен 3 тысячами пудов груза, что составляло его предельную расчетную нагрузку. Модель не разрушилась. Тогда Кулибин велел увеличить груз, навалив на мост кирпичей. Модель выдержала и эту дополнительную нагрузку. Наконец, взошли на мост академики и члены комиссии.

Опыты были продолжены. Мост был испытан на длительную нагрузку. Модель моста выдержала все способы проверки. Составленный журнал испытаний был представлен Екатерине с заключением о возможности постройки через Неву моста с пролетом в 140 сажен. Екатерина приказала наградить конструктора двумя тысячами рублей, а модель передать на обозрение публики, которая, по ряду свидетельств, «во множестве стекалась удивляться оной».

Никакого решения о постройке моста принято не было. Модель моста в 1793 году была перевезена в сад Таврического дворца, где была переброшена через канаву. По свидетельству современников, модель моста просуществовала до 1804 года; дальнейших сведений о судьбе модели мы не имеем.

Такова трагическая судьба одного из крупнейших произведений инженерно-конструкторской мысли конца XVIII века.

Для того чтобы полностью оценить значение кулибинского моста в развитии техники мостостроения XVIII столетия, можно указать, что самый длинный деревянный мост, длиной в 119 метров, был построен братьями Груберман в аббатстве Веттинген в 1778 году. Только в 1813 году в России был построен первый постоянный деревянный мост через Малую Невку, но он имел семь пролетов. Лондонская академия объявила конкурс на арочный мост в 1772 году, Кулибин же начал конструировать свой мост гораздо раньше, и уже в 1771 году был готов первый вариант модели.

Из позднейшей переписки Кулибина видно, что изобретатель чрезвычайно тяжело переживал невнимание царского правительства к его проекту. Отправить же свой проект в Лондон Кулибин не хотел, хотя проект полностью удовлетворял всем условиям конкурса. Несмотря на наличие громадной семьи (он имел 12 детей), крайне нуждавшейся материально, он не мог себе представить, что его многолетний упорный труд будет реализован не на его родине, а за границей.

Знаменитый ученый Бернулли, бывший членом русской Академии, современник Кулибина, отвечая одному из своих учеников, который, находясь в Петербурге, ознакомился с моделью Кулибина, пишет: «То, что Вы сообщаете мне о Вашем механике-самоучке Кулибине по поводу деревянного моста через Неву, дает мне высокое мнение об этом искусном строителе и плотнике, воспитанном между простыми крестьянами и обязанном своим высшим знанием только некоторого рода инстинкту. Я ни мало не слушаюсь чистой теории в этих работах, потому что невозможно достаточно исчислить всех обстоятельств, которые непременно должны быть приняты в расчет: необходимо работать ощупью над бесчисленным множеством предметов, не допускающих никаких точных определений. Главный строитель обязан чаще всего обращаться к своей врожденной сообразительности. В этом-то я признаю все преимущество, которым может владеть такой человек, как Кулибин».

Далее Бернулли пишет, что он не может «победить скептицизм в отношении моста, т. е. чтобы модель могла выдержать при испытании такую тяжесть – 3 тысячи пудов». «Пожалуйста, уведомьте меня, какова высота модели в своей середине сравнительно с ее оконечностями и каким образом этот великий артист разместил 3 500 пудов тяжести на своей модели? Если она в состоянии выдержать еще 500 пудов, которые предложил он положить на нее, то это увеличение будет сильным доказательством самого счастливого успеха, какой только можно было обещать».

Значительно ранее заграничных ученых Кулибин начинает думать над проектом железного моста, так как он сознавал, что в технико-экономическом отношении большие деревянные мосты являются мало выгодными.

Таким образом, ценность проекта Кулибина заключается в том, что он создал новую конструкцию моста, разработал методы и приборы для экспериментального исследования мостового сооружения, дал теорию испытания моста на модели и первый применил свойства веревочного многоугольника для расчета статически определимых систем. Этого одного достаточно для того, чтобы быть признанным выдающимся ученым и инженером.