Искатель. 1964. Выпуск №5
Шрифт:
Сейчас пожелтевшие от времени страницы этого труда бережно хранятся в небольшом особняке на улице Радио в Москве. Это мемориальный музей, носящий имя «отца русской авиации». Когда-то в этом здании заседал первый научный совет ЦАГИ — Центрального аэрогидродинамического института, созданного по указанию В. И. Ленина в 1918 году. А в соседней комнате Андрей Николаевич Туполев строил свой первый самолет «АНТ-1». Любопытно, что когда строительство подошло к концу и самолет предстояло извлечь из мастерской, пришлось разрушить одну из стен: уже тогда «масштабы» молодого советского самолетостроения явно перерастали свою «колыбель».
Открытия не только рождают победы, с ними возникают и новые преграды. Так на лабораторном столе появился существующий и поныне
В 1907 году тогда еще молодой профессор Геттингенского университета, а впоследствии знаменитый немецкий ученый Людвиг Прандтль ставит ряд опытов по аэродинамике. И одновременно с ним во Франции аналогичными исследованиями занимается Александр Эйфель, успевший к тому времени обессмертить свое имя знаменитой трехсотметровой стальной башней в Париже. Оба экспериментатора изучают обтекание шара воздушным потоком и после завершения опытов, естественно, сравнивают результаты. И здесь, к их общему ужасу, выясняется непредвиденное — полученные результаты резко отличаются друг от друга: у одного коэффициент лобового сопротивления шара получился в три раза больше, чем у другого.
Любители научных скандалов уже предвкушали наслаждение от длительного спора между учеными, но, к их глубокому сожалению, перепалка не состоялась. Оказалось, что причина этого казуса уже давно известна. Ее открыл известный английский физик Осборн Рейнольдс.
В 1883 году Рейнольдс наблюдает течение жидкостей в трубах и выясняет, что оно может быть двух видов: слоистое, плавное, которое ученый назвал ламинарным (в буквальном переводе это означает «в полоску»), и бурное, вихревое, получившее название турбулентного. Тогда же он устанавливает и тот факт, что при определенных скоростях ламинарное течение может превращаться в турбулентное, при этом резко возрастает сопротивление трения: чтобы протолкнуть жидкость по трубе, приходится затрачивать большие усилия. Этими-то «капризами» потока и объяснялась разница в опытах Прандтля и Эйфеля. Там, где коэффициент лобового сопротивления получился больше, шар обтекался турбулентным потоком.
«Чрезвычайное происшествие» с шаром показало, что турбулентность присуща не только течению жидкостей, но и воздушному потоку. А раз так, значит полету самолета, ракеты, вертолета и даже планера. На примере парителя и познакомился с «сюрпризами» турбулентности наш известный авиаконструктор и большой поклонник планерного спорта Олег Константинович Антонов.
Летом двадцать седьмого года Антонов вместе с группой товарищей закончил постройку легкого планера собственной конструкции. В соответствии с традициями тех лет планер был назван инициалами автора — «ОКА-II» — и вытащен на «Жареный бугор» под Саратовом для испытаний. Конструктор, летные доспехи которого в ту пору состояли из трусов и тапочек, занял место пилота, шестеро крепких ребят дружно взялись за веревки, заменяющие буксировочный трос, и со всей прытью молодых ног кинулись вниз по склону бугра.
По всем расчетам конструктора, планер должен был полететь. Конечно, он мог летать и плохо и хорошо — опыта пока было маловато. Но планер упорно не хотел покидать надежную землю. Все усилия молодых авиаторов кончались тем, что паритель отрывался от земли и тут же грузно плюхался обратно. Неудачей закончились и все последующие попытки загнать «бессовестную птицу» в небо. Ни сильный ветер, ни различные ухищрения пилота, ни самоотверженные усилия «стартовой команды» — ничто не могло заставить планер взлететь. Каникулы подходили к концу, пора было отправляться в институт, и Олег Константинович покинул Саратов, так и не испытав собственного планера. Но его товарищи не сдались. Весной следующего года они снова вытащили «ОКА-II» на тот же бугор, предварительно покрыв тонкую полотняную обшивку планера раствором крахмала. Подобную операцию пробовали проделать и в прошлом году, но бросили: по выражению
Снова веревки в руки и опять, памятуя о прошлогодней неудаче, со всех ног вниз по склону. И тут свершилось невероятное: с первых же метров разбега планер легко взмыл в воздух и поплыл, слегка покачивая крыльями, в долину. Планер полетел, а конструктору оставалось только ломать голову над странной загадкой: почему не летал раньше и почему полетел теперь?
В аэродинамике есть такое понятие — «пограничный слой». Так называют тонкий слой воздуха, текущий в непосредственной близости от поверхности обтекаемого предмета — фюзеляжа, оперения и, конечно, крыла. И от того, как ведут себя частицы воздуха в этом слое, зависит очень многое. В частности, поведение частиц в пограничном слое крыла оказывает существенное влияние и на создаваемую им подъемную силу и на неизменно сопутствующую полету силу сопротивления.
Попав на крыло, частицы сначала ведут себя вполне благопристойно — неподалеку от носка профиля крыла поток сохраняет столь приятный авиаторам «полосатый» вид. Но по мере того как частицы удаляются от носка, их поведение начинает меняться. Трущийся о крыло слой воздуха постепенно теряет скорость, а вместе с ним теряют скорость и частицы. Наконец, наступает момент, когда они, словно снаряд на излете, перестают выдерживать прежнее направление полета и начинают двигаться хаотически — ламинарный поток превращается в турбулентный. В этом месте пограничный слой сразу становится толще, как говорят аэродинамики, «набухает». А сопротивление крыла резко увеличивается, словно за счет выросшего пограничного слоя крыло стало толще.
Но и на этом сюрпризы турбулентности не оканчиваются: потерявшие скорость частицы начинали вращаться в набухшем пограничном слое. Вспыхнувшие на крыле вихри постепенно раскручиваются все сильнее и, наконец, словно камень из пращи, отрываются от крыла и улетают прочь. Срыв потока… Когда в авиации кто-нибудь произносит это сочетание слов, ясно: крыло или его часть перестали «нести» — создавать необходимую подъемную силу. И здесь можно ждать любых неприятностей, начиная от резких провалов летящей машины вниз и кончая сваливаниями на крыло или в штопор.
На долю будущего генерального конструктора и его «ОКА-II» выпал наименее опасный из фокусов пограничного слоя — крыло отказалось создавать нужную подъемную силу. И всему виной была реденькая обшивка планера: она пропускала воздух, который заставлял набухать этот самый коварный пограничный слой. Когда же клейстер из крахмала закупорил отверстия между нитями, все пошло как по маслу. «Так, — писал впоследствии в увлекательной книжке своих воспоминаний Олег Константинович, — из-за неуважения к пограничному слою я лишился удовольствия первым испытать свой планер…»
Трудно сказать, предопределило ли это первое знакомство с пограничным слоем дальнейшую судьбу конструктора, но только потом ему еще много раз приходилось уделять этому слою особое внимание. И именно тогда, когда речь шла о взлете и, конечно, посадке. Но это было значительно позднее. А пока…
ВОТ ОН, ФЛАТТЕР!
Авиационный 1934 год ознаменовался большим количеством удивительных на первый взгляд сенсаций. Началось с того, что в многодневном перелете Англия — Австралия первое место неожиданно для всех занял английский самолет «Комета» фирмы «Де-Хевиленд», который по своим характеристикам, казалось бы, явно уступал лучшим военным самолетам-истребителям тех лет. Не остыли еще страсти после первой сенсации, как поклонникам авиации вновь пришлось удивляться… В соревнованиях на кубок Дейч-де-ля-Мер побеждает пилот Арну на самолете «Кондор-450», также, казалось бы, уступающем лучшим самолетам того времени. Но своеобразным триумфом был рекорд в классе гоночных гидросамолетов, установленный итальянским летчиком Аджелло: его «Макки-Кастольди» пролетел три километра с невиданной по тем временам скоростью — 709 километров в час. В чем дело?..