История воздухоплавания и авиации в России (июль 1914 г. - октябрь 1917 г.)

Дузь Петр Дмитриевич

Одной из иллюстраций научной и инженерной деятельности Н. Е. Жуковского во время войны является его работа на посту председателя отдела изобретений Московского военно-промышленного комитета. Через его руки прошло множество изобретений, на которые он аккуратно давал ответы и заключения.

При аэродинамической лаборатории Московского высшего технического училища было создано расчетно-испытательное бюро, приступившее к работе 1 июля 1916 г. Его научной деятельностью руководил Н. Е. Жуковский. К исследованиям были привлечены его талантливые ученики В. П. Ветчинкин, А. Н. Туполев, В. С. Кулебакин, Б. С. Стечкин, А. А. Архангельский, Г М. Мусинянц, К. А. Ушаков, А. А. Микулин и другие. Основные работы велись по созданию методов аэродинамического расчета и расчета самолета на прочность. По этим вопросам было опубликовано семь литографированных выпусков трудов и сделана масса проверочных расчетов.

Отделом аэродинамического расчета руководил А. Н. Туполев. Если динамика полета отвечала на вопросы, как правильно пилотировать самолет, какие

силы действуют на него в полете, какие правила необходимо соблюдать при выполнении фигур высшего пилотажа, то аэродинамический расчет должен был ответить на вопрос, какие летные данные получит тот или иной самолет в зависимости от выбранного профиля крыла, мощности двигателя, формы фюзеляжа, органов оперения, стоек, расчалок и пр. Именно в таких расчетах больше всего нуждались инженеры, строившие самолеты. Какими будут скорость, скороподъемность, высота, посадочная скорость для данного типа машины — это самые жгучие вопросы для каждого авиаконструктора.

Русским ученым принадлежит заслуга создания собственного метода полного аэродинамического расчета самолета. В его основу принимались данные, полученные в результате испытания отдельных частей самолета в аэродинамической трубе. Практически продувка крыльев самолетов делалась в 1/6 и 1/8, а фюзеляжа — в 1/5 натуральной величины. Николай Егорович мечтал об испытаниях моделей самолетов хотя бы в 1/2 натуральной величины. Он писал в 1917 г.: "Когда будет закончена и пущена в ход большая аэродинамическая труба Высшего московского технического училища, диаметр которой равен 3 м, явится возможность испытать модель аппарата в достаточно большом масштабе (1/2 натуральной величины) и построить полярную кривую Лилиенталя непосредственно из опыта над целой моделью…" [156] . Однако в царской России мечтам Жуковского не суждено было осуществиться.

156

Жуковский Н. Е. Аэродинамический расчет аэропланов. — Труды авиационного расчетно-испытательного бюро, вып. 1, 1917.

Отсутствие крупных аэродинамических труб, должной экспериментальной базы чрезвычайно осложняло составление аэродинамического расчета, в частности, решение задачи устойчивости. Наука в этом вопросе не могла еще оказать надежной поддержки авиаконструкторам. Продольная устойчивость строившихся самолетов не была отработана. Только практические полеты давали возможность выяснить ее. Даже передовые авиаконструкторы того времени допускали грубые ошибки в центровке самолета. Можно сослаться на пример моноплана конструкции И. И. Сикорского с двигателем "Гном" мощностью 100 л. с., участвовавшего на военном конкурсе самолетов в 1913 г. По условиям конкурса самолет должен был сделать планирующий спуск с высоты 1000 м. Выполнение этого маневра едва не окончилось катастрофой. Аппарат пилотировался летчиком-испытателем В. Янковским, рядом с ним находился старший механик Савельев. Когда убрали газ и пошли на спуск, то машина вследствие неправильной центровки начала валиться на нос. Экипажу грозила гибель. Опасность была предотвращена находчивостью Савельева, который быстро вылез из кабины и лег на хвост самолета. Благодаря такому искусственному противовесу летчику удалось благополучно опустить аппарат на землю подальше от места, где расположилась конкурсная комиссия.

Во время войны самолеты строились во все возрастающем числе. Русская наука спешила протянуть руку помощи самолетостроителям. Испытание моделей крыльев и фюзеляжа пришлось делать раздельно в плоской и круглой аэродинамических трубах, принадлежавших МВТУ. После получения опытных данных продувок производился полный аэродинамический расчет самолета, который состоял из следующих основных разделов или частей: 1) определение угла заклинения винта; 2) построение поляры Лилиенталя; 3) построение сетки необходимой тяги винта при различных режимах полета; 4) построение сетки полезных мощностей для различных режимов; 5) построение сетки мощностей, исправленных на к. п. д. винта; 6) построение баланса мощностей в зависимости от режима полета при полной мощности мотора; 7) определение высоты потолка самолета; 8) построение барограммы подъема самолета.

В процессе проектирования неясным оставался вопрос об ожидаемых горизонтальных и вертикальных скоростях. Николай Егорович разработал метод тяг и мощностей, который и поныне почти без изменений применяется при аэродинамических расчетах самолета, построил диаграмму потребных тяг, до сих пор называемую "сеткой Жуковского". С помощью простейших приемов стало возможным определение максимальных скоростей полета, вычисление практического потолка самолета и его скороподъемности, выяснение наиболее выгодных режимов полета, т. е. наивыгоднейшего угла атаки и наивыгоднейшей скорости полета. Теоретически было установлено условие продольной устойчивости. Инженеры получили указания, как проектировать самолет, был найден метод определения центра его тяжести.

Во многих из названных вопросов Н. Е. Жуковский опередил западноевропейских ученых, которые широко пользовались плодами его труда.

Конечно, современная наука, опираясь на важнейшие экспериментальные данные аэродинамических лабораторий, далеко продвинулись вперед в определении летных характеристик. Однако остается неоспоримым факт, что и теперь, через

десятки лет, основные методы аэродинамического расчета самолета, разработанные Н. Е. Жуковским, не потеряли своего значения.

В рассматриваемый период самолетостроение еще не опиралось на стройную науку о прочности самолета. Теперь каждый студент самолетостроительного факультета изучает специальный курс "Расчет самолета на прочность". В то время никаких учебников и пособий по этому важнейшему разделу самолетостроения не было. В конструкторских бюро при расчетах прочности летательных аппаратов приходилось пользоваться курсами статики сооружений и теории упругости. Запас прочности для первых самолетов, строившихся В России, определялся примитивными способами и был для крыльев — трехкратным и для хвоста — двукратным.

Н. Е. Жуковский в аэродинамической лаборатории МВТУ (1914 г.)

По словам А. Ф. Половцева из докладной записки Особому совещанию по обороне государства, прочность самолетов определялась следующим образом: "аппарат, положенный вверх колесами, нагружается мешками с песком, дважды превышающим вес испытываемой машины. Если таковая выдерживает, то признается прочной" [157] .

Во время войны в условиях спешки и погони за количеством выпускаемых машин вопросам прочности их постройки не уделялось должного внимания. В ряде случаев конструкторы, стремясь улучшить летные качества самолетов при наличии маломощных двигателей становились на пути снижения необходимого запаса прочности. Уже отмечалась недостаточная прочность тяжелых многомоторных кораблей типа "Илья Муромец". Подавляющее число самолетов периода первой мировой войны допускало только дву- и трехкратную перегрузку. Для истребителей она составляла 6–7. Нагрузка на 1 м² крыла составляла около 59 кг. Недостаток внимания к вопросам прочности оплачивался дорогой ценой. Нередки были случаи, когда в полете складывались крылья самолета, отваливались хвост или нижняя плоскость биплана, а однажды даже установка двигателя. Большинство таких аварий оканчивалось гибелью пилотов.

157

ЦГВИА, ф. 369. оп. 8. д. 72. л. 2.

Летная практика настоятельно требовала развивать науку о прочности самолета. Отделом по расчету самолетов на прочность в расчетно-испытательном бюро при аэродинамической лаборатории МВТУ руководил В. П. Ветчинкин. Н. Е. Жуковский вместе со своими учениками немало сил затратил на создание метода расчета. Николай Егорович был убежден, что приближается время, "когда аэропланы и дирижабли будут строиться с таким же верным расчетом, с каким теперь строят пароходы и автомобили". Стремясь приблизить это время, Жуковский обосновал метод расчета лонжеронов крыла в условиях сжимаемых и изгибающих нагрузок. В. П. Ветчинкин в то же время решил задачу учета предварительной затяжки расчалочных тросов [158] . Ему же удалось найти способ расчета лопастей винта на прочность, сконструировав для этой цели маятниковый динамометр. Этими и рядом других работ русских ученых были заложены основы науки о прочности самолета. Разработанные ими методы долгое время применялись для расчета всех самолетов и лишь много лет спустя были заменены более совершенными.

158

Ветчинкин В. П. Материалы по расчету самолетов иа прочность. М.: ЦАГИ, 1924.

На базе сделанных научных открытий Н. Е. Жуковский совместно с В. П. Ветчинкиным, А. Н. Туполевым и другими своими учениками организовали огромную практическую работу по расчету основных типов самолетов, состоявших на вооружении русской армии. Она оказала плодотворное влияние на повышение прочности и улучшение качества выпускаемых военных самолетов. Успехи, достигнутые в создании методов аэродинамического расчета и расчета самолета на прочность, позволили Н. Е. Жуковскому авторитетно решать многие комплексные проблемы оценки качества строившихся самолетов. В архиве сохранились многочисленные заключения расчетно-испытатеЛьного бюро, выполненные в порядке экспертизы по заданиям военного ведомства при решении возникающих спорных вопросов. Например, еще в процессе постройки опытного двухмоторного самолета В. А. Слесарева в аэродинамической лаборатории велись серьезные исследования "воздушного сопротивления корпуса аэроплана". В 1914 г. В. А. Слесарев опубликовал статью, в которой писал: "По возможности должно избегать выступов на аэропланах, а также и на дирижабле. Если таковые надо поставить, то делать их по возможности более выгодной формы и помещать их в таких местах, где сопротивление будет наименьшим" [159] .

159

Слесарев В. А. Исследование воздушного сопротивления корпуса аэроплана и дирижабля наивыгоднейшей формы. — Техника воздухоплавания, 1914, № 2–3. с. 119–122.