Читать интересную книгу Русские инженеры - Лев Гумилевский

Ученик и ближайший сотрудник Жуковского академик Л. С. Лейбензон вспоминает, что впервые мысль о роли циркуляционных потоков в образовании давления, которое испытывают обтекаемые воздухом крылообразные тела, возникла у Жуковского осенью 1904 года, при наблюдении полетов воздушного змея. За этим наблюдением последовала догадка, проверке которой Жуковский посвятил два года. После многих опытов и размышлений Жуковский установил тот закон, который получил во всем мире его имя.

Закон этот гласит:

«Подъемная сила равна по величине произведению плотности воздуха, циркуляции и скорости потока, а направление ее получается поворотом скорости потока на прямой угол в сторону, обратную циркуляции».

До открытия Жуковского единственным источником подъемной силы приходилось считать, при отсутствии трения, образование срывов при отрыве струй от поверхности обтекаемого тела. Жуковский указал другой возможный источник образования силы — присутствие добавочного циркуляционного движения вокруг обтекаемого тела. Он открыл, таким образом, совершенно новый тип течений — течений, плавно обтекающих тело, но с присоединенным «циркуляционным» вихревым потоком.

Понадобилось, однако, еще много времени, труда, опытов и размышлений для того, чтобы ответить на вопрос, откуда берется этот добавочный циркуляционный поток и как определить величину циркуляции вокруг крыла.

Только в 1910 году удалось Н. Е. Жуковскому ответить с предельной ясностью на этот вопрос. Известный под названием «основной гипотезы Жуковского» ответ этот практически сводится к тому, что циркуляция образуется при наличии у обтекаемого тела острых кромок. Так как при плавном обтекании, согласно открытому Жуковским закону, подъемная Сила возникает только благодаря добавочному циркуляционному потоку, то для крыла необходима острая кромка. Таким образом, теоретически удалось выяснить, что наивыгоднейшей формой крыльев в авиации будут крылья с острой кромкой.

Такие крылья и стали применяться конструкторами.

После всех этих открытий Жуковского в авиации стали пользоваться исключительно течениями с циркуляцией, так как при прочих равных условиях подъемная сила, возникающая благодаря добавочному циркуляционному потоку, намного больше, чем подъемная сила, возникающая при срыве струй.

При малых углах атаки крыло самолета как раз и находится в воздушном потоке с циркуляцией.

После всех этих теоретических открытий оказалось возможным не только создать полную циркуляционную теорию крыла, но и чисто теоретическим путем рассчитать его подъемную силу.

Метод расчета, как мы увидим дальше, разработал первый ученик Жуковского — Сергей Алексеевич Чаплыгин.

Предоставив своим русским ученикам и иностранным последователям дальнейшую разработку теории крыла, Жуковский сам обратился к более частному случаю винтового пропеллера. Надо заметить, что лопасть винта также представляет собой крыло, с той разницей, что крыло при движении самолета перемещается только поступательно, в то время как лопасть винта совершает гораздо более сложное движение, одновременно вращаясь около оси винта и перемещаясь вместе с самолетом.

Фотографии одного исследователя, работавшего над корабельными гребными винтами, побудили Николая Егоровича заняться головоломной задачей о движении винта. Жуковский заметил, что на фотографиях работающих винтов видны светлые полоски, имеющие вид винтовых линий, сбегающих с концов лопастей. По мнению Жуковского, эти полоски указывали направление осей тех вихрей, которые сбегали с лопастей винта. Высказав эту гениальную догадку, он обратился к проверке своей Мигели и в результате в 1912 году опубликовал знаменитую «Вихревую теорию гребного винта».

Николай Егорович Жуковский

 (1847–1921).

Вихревая теория позволила сразу же вывести формулы для расчета силы тяги винта и мощности двигателя, который необходим для его вращения. Оказалось также возможным теоретически указать наиболее выгодную форму винта. Такие винты получили в честь Н. Е. Жуковского название винтов «НЕЖ».

Вихревая теория гребного винта, конечно, может быть распространена и на крыло. Она рассматривает различные схемы вихрей, образующихся за лопастью, и изучает влияние этих вихрей на распределение скоростей в потоке. В ней рассматривается также сила лобового сопротивления, которая получается за счет образования определенного вида вихрей. Это последнее, так называемое индуктивное, сопротивление, сложенное с сопротивлением от трения и различных побочных вихре-образований, и дает то общее лобовое сопротивление, которое встречает движущееся в воздухе крыло.

Как истинный гений, Жуковский рассыпал вокруг себя идеи, не заботясь о том, кому они будут приписаны. За всю свою жизнь он не запатентовал ни одного своего изобретения, а когда однажды по настоянию своих учеников согласился было это сделать, то сам же лишил себя права на патент, не отменив опубликования изобретения до выдачи привилегии.

«Не отвлекаясь ничем преходящим, лишь в меру неизбежной необходимости отдавая дань потребностям жизни, он все свои гигантские силы посвящал научной работе. Его цельная натура была беззаветно посвящена этому труду», — говорит о нем С. А. Чаплыгин.

Жуковский родился 17 января 1847 года. Он был сыном инженера, одного из строителей Нижегородской шоссейной дороги, впоследствии скромно занимавшегося сельским хозяйством в своем имении, в деревне Орехово Владимирской губернии. Мальчик рос в доме исконно дворянском, хотя далеко не богатом. Все в этом доме делалось на французский лад; не только воспитание, но даже мысли и чувства здесь определялись манерами, перенятыми у французов.

Случилось, однако, так, что учителем старшего брата оказался не только хорошо воспитанный, но и прекрасно образованный человек, да к тому же еще пылкий фантазер. Это был студент А. X. Репман. Он нашел прилежного слушателя в младшем члене большого семейства и легко привил ему любовь к чтению фантастических романов и повестей о путешествиях, о необычайных приключениях на земле, под водой и за облаками.

И вот этот мир, населенный не столько учеными и исследователями, сколько пиратами и разбойниками, мир, где не церемонились поклонами и снимали скальпы с живых людей проворнее, чем хозяйка дома приподнимала крышку с суповой миски, этот мир заворожил мальчика и пробудил его к действию и размышлению.

В Московской 4-й гимназии, куда отвезли юного Жуковского, он был первые три года очень плохим математиком. Математику в 4-й гимназии преподавали Малинин и Буренин — авторы распространеннейших учебников в России. Арифметика не давалась мальчику не то по причине его рассеянности, не то из-за угнетающего действия тогдашней системы ее преподавания, основанной на бессмысленном заучивании правил.

Скорее всего, однако, по самому складу своего ума Жуковский мог воспринимать мир и понимать отношения в нем только геометрически, в виде предельно ясных образов, обнаженных геометрических отношений. Жуковский не любил цифр и расчетов в отвлеченном виде и у Малинина учился плохо. Но у Буренина, преподававшего геометрию, он вдруг оказался лучшим учеником, что, впрочем, суеверная мать Жуковского приписала исключительно благословению митрополита Филарета, к которому она однажды подвела мальчика.

Окончив курс в гимназии, Жуковский поступил на математический факультет Московского университета. Он охотно предпочел бы один из тогдашних политехникумов, но в университете читали лекции известные тогда ученые Давидов, Слуцкий, Цингер, и юноша примирился с судьбой, тем более, что уже с первого курса начал участвовать вместе со своими учителями в занятиях математического кружка. Из этого кружка впоследствии выросло знаменитое Московское математическое общество.

В те годы Жуковский вел жизнь, типичную для многих русских студентов. Он жил в комнатке, названной товарищами «шкафчиком», и когда причесывался, гребенкой задевал потолок. Он бегал по городу, давая уроки отсталым ученикам, и издавал литографским способом лекции, им самим аккуратно записанные и имевшие в его редакции большой успех. Уже в этой работе сказывалось характеризующее Жуковского стремление к ясности, к определенности.

В 1868 году университетский курс был закончен. Жуковского все еще тянуло в политехникум. Он тяготел к практической деятельности и мечтал стать инженером, как его приятель Щукин. Друзья вместе отправились в Петербург и поступили в институт путей сообщения. Но тут профессора занимались не выяснением руководящих научных идей, а простым изложением фактического материала, потребного для повседневной практики. Студентов учили считать и чертить, к чему Жуковский не имел ни охоты, ни способностей. Через год он провалился на экзамене по геодезии и решил, что инженера-практика из него никогда не выйдет, что не в этом дело его жизни. Он оставил институт и неприятный ему холодный Петербург.