Для того чтобы аэроплан был удобным в пользовании, надежным и т. д., избыток мощности очень важен. Поэтому все строители стараются делать свои машины так, чтобы они обладали возможно большим запасом мощности. Таким образом, эта как бы лишняя мощность двигателя крайне полезна. Расход тяги на крылья также можно считать полезным, т. к. за счет этого аэроплан летает. А какова польза от расхода тяги на трение проволок, колес, корпуса аппарата и т. д.? Никакой пользы нет — один только вред. Поэтому про все эти части и говорят, что оно дают «вредное сопротивление». Понятно поэтому, что когда строят или, вернее, проектируют аэроплан, то стараются уменьшить его вредное сопротивление как только возможно, т. к. каждая лош. сила, которую удается сохранить, улучшает свойства аэроплана. Каким же образом это делается? Ведь без колес, без мотора и т. д. машину все же не выстроить, а значит, некоторое вредное сопротивление будет неизбежно. Но если и нельзя уничтожить вредное сопротивление совсем, то оказалось возможным его очень сильно уменьшить со времени постройки первых аэропланов. Достигнуто это было следующими способами. Старались уменьшить, сколько можно, количество наружных частей. Для этого помещали летчика за мотором или же часть проволок, а иногда и бензиновые баки помещали внутри крыльев и т. д. Кроме того, изучали, какую форму лучше придать предмету, чтобы он рассекал воздух как можно легче. При этом было выяснено много интересного. Оказалось, например, что легче всего движутся в воздухе предметы заостренные сзади и тупые впереди. Что вообще форма хвостовой части больше влияет, чем передней[ 35 ]. Выяснилось, например, что если на круглую палку или на стальную трубу надеть сзади наконечник, заостренный к концу, то работа для движения в воздухе такого предмета уменьшится в 2-3 раза. Оказалось, что если колесо на стальных спицах затянуть с обеих сторон полотном, то его сопротивление уменьшится в 1½ — 2 раза.
Понятно, что изучить это все, включая и работу крыльев, о которой упоминалось выше, было делом нелегким. Требовалось много работы, внимания, дорогостоящие инструменты и т. д. А прежде всего надо было придумать, каким образом можно производить такие исследования, разработать и подчас даже изобрести необходимые приборы и инструменты. Лишь небольшую часть этого выполнили сами изобретатели летательных машин. Главная же часть этой работы была выполнена специалистами и учеными, задавшимися целью подготовить надежное основание для работы изобретателей. Учреждения, созданные для этой цели и снабженные необходимыми инструментами и приборами, назывались аэродинамическими институтами или лабораториями. Эти учреждения, имеющиеся теперь почти во всех больших государствах, оказали огромную помощь развитию и усовершенствованию дела постройки летательных машин.
Первая лаборатория такого рода была открыта в России за много лет до того, как такие учреждения появились в других странах. Это был Аэродинамический институт в селе Кучине вблизи Москвы. Он был основан Д. П. РЯБУШИНСКИМ. В его научных работах принимал участие профессор Московского Университета Николай Егорович ЖУКОВСКИЙ, бывший одним из первых ученых, проливших свет на эту до тех пор неведомую область техники и науки.
Работы лабораторий принесли делу создания летательных машин очень большую пользу. Лет 25 тому назад строители летательных машин должны были создавать главные части — крылья, корпус и т. д., руководясь своим чутьем, т. е. попросту говоря так, как им казалось. Иногда они поступали удивительно правильно; но сплошь и рядом делали ошибки, вызывавшие неуспех всей работы. Аэродинамические лаборатории дали строителям аэропланов множество очень важных сведений. Они показали, какие крылья действуют лучше, какие — хуже; какое сопротивление оказывают воздуху предметы разной формы, движущиеся в нем. Лабораторные исследования выяснили много интересных особенностей давления воздуха на движущиеся в нем тела. При испытании сопротивления воздуху предметов разной формы оказалось, что на малых скоростях лучшими были одни из них, а на больших скоростях — другие. Еще сложнее оказалось дело с крыльями. Для различных скоростей также оказались нужными разные формы крыльев. Кроме того, и при одинаковых скоростях крылья, работающие при больших углах встречи, должны быть несколько иными, чем встречающие поток воздуха под малым углом, т. е. идущие с едва приподнятым передним краем. Но, самое главное, лаборатории выяснили во всех этих случаях не только, какое крыло лучше, а какое — хуже, они выяснили точно, что крыло такого-то типа, при такой-то скорости и таком-то угле может поднять на каждый квадратный аршин столько-то груза и при этом его понадобится тянуть вперед с такой-то определенной силой. Над каждым крылом лаборатории производили много опытов и полученные результаты привели в такой вид, чтобы каждый строитель мог легко сосчитать, сколько груза поднимает выбранное им для своей машины крыло и сколько силы потребуется, чтобы двигать его вперед. Можно было также сосчитать все «вредное сопротивление» аппарата, высчитать, с какой силой будет тянуть винт при такой-то скорости полета и известной мощности двигателя. Иначе говоря, можно было, благодаря этим сведениям, делать расчет аэропланов, то есть делать машину сознательно, зная почему и для чего делается каждая ее часть, заранее зная с большой точностью, какими свойствами будет обладать построенный аппарат. Без этого строитель мог только угадывать, что получится из его машины, и при испытаниях получить иногда приятные, но гораздо чаще неприятные неожиданности.
Ознакомимся, каким образом производились эти опыты в лабораториях. Основой действия решительно всех летательных аппаратов, т. е. машин тяжелее воздуха, равно как и всех птиц и летающих насекомых, является давление воздуха на предмет, который в нем движется. Легко понять, что если предмет неподвижен, а воздух вокруг него движется, т. е. если на него дует ветер, то будет происходить то же самое. Значит, для производства наблюдений надо было заставить воздух двигаться мимо данного предмета с точно известной скоростью и измерять, с какою силой и в какую сторону воздух давит на этот предмет.
Поэтому безразлично, будем ли мы двигать воздух мимо неподвижного предмета, т. е. попросту дуть на него с помощью какого-нибудь насоса или вентилятора, или же мы будем в неподвижном воздухе двигать наш предмет. Важно только, чтобы скорость была точно известна и получаемые давления аккуратно измерялись. Большая часть испытаний производилась первым из указанных способов, т. е. помещали неподвижный предмет в струю воздуха — ветра, даваемую сильным вентилятором. Этим способом производились опыты и в лаборатории ЭЙФЕЛЯ[ 36 ].
Главную часть лаборатории Эйфеля составляет большая труба, как бы разрезанная примерно посередине. Две части этой трубы, имеющей около сажени в поперечнике в самом узком месте, соединены между собой так называемой «комнатой испытаний». В конце более длинной части трубы расположен огромный вентилятор, приводимый в движение электрическим мотором в 100 лош. сил. Вентилятор высасывает воздух из трубы, а следовательно, и из «комнаты испытаний», снабженной очень плотно затворяющимися дверями. Поэтому воздух устремляется широким и сильным потоком через большой раструб, насаженный на короткой части трубы, затем в виде струи сильного равномерного ветра проходит комнату испытаний, попадает в длинную часть трубы и вентилятором выгоняется прочь. Опытами было выяснено, что лучше несколько удалять вентилятор от места испытаний и, во всяком случае, не пользоваться струей ветра, идущего прямо от него. Такая струя не имеет одинаковой во всех частях скорости и всегда несколько «закручивается». А в комнате испытаний воздух проходит потоком достаточно равномерным, чтобы в нем можно было производить измерения. Для большей части испытаний воздух в лаборатории Эйфеля заставляли двигаться со скоростью около 35 и около 70 верст в час. А зная, с какою силой воздух давит на данный предмет при одной скорости, можно было легко вычислить давление и для всякой другой скорости[ 37 ].
При лабораторных испытаниях крыльев, корпуса и некоторых других крупных частей аэроплана обычно исследовали не само крыло, а небольшую модель его. Мелкие части — проволока, стальные трубы, стойки и т. д. испытывались в действительную величину. Испытываемая часть помещалась на конце особой палочки в самой середине струи ветра в комнате испытаний. Другой конец палочки, находившийся вне струи ветра, был соединен с особыми весами, позволявшими точно измерить силу давления ветра на предмет, закрепленный на конце палочки. Находящийся рядом наблюдатель должен был измерять давление и записывать результаты.
Таким образом было испытано огромное множество моделей различной формы и вида, изображавших как целые аэропланы, так и отдельные их части. Новые формы крыльев, частей и т. д. придумывались как руководителями лабораторий, так и отдельными частными лицами. В таких случаях лаборатория Эйфеля делала испытания бесплатно, но оставляла за собой право описать в своих справочниках модель и даваемые ею результаты, чтобы не один человек, а все сообща пользовались получаемыми научными сведениями, и все дело воздухоплавания развивалось таким образом успешнее и быстрее.