История воздухоплавания и авиации в России (июль 1914 г. - октябрь 1917 г.)
Шрифт:
В середине 1915 г. самолет был собран и подготовлен к испытаниям. Предварительные испытания показали необходимость небольших доделок машины. Однако противники тяжелых воздушных кораблей добились того, что военное ведомство приостановило финансирование опытных работ до получения экспертизы от авторитетных специалистов. Генерал-инспектор инженерных войск, великий князь Александр Михайлович обратился с письмом к Н. Е. Жуковскому, как "мировому специалисту по аэродинамике". Жуковский при участии инженера-механика В. П. Ветчинкина и лаборанта Г И. Лукьянова, опираясь на созданный им научный метод, сделал первый в истории авиации полный аэродинамический расчет многомоторного самолета. В составленном по этому поводу протоколе он категорически подчеркнул, что "даже при принятых наихудших предположениях относительно свойств аэроплана и винтомоторной группы возможен полет аэроплана Слесарева, несущего полную нагрузку в 6,5 т со скоростью более 100 км/ч" [160] . Это смелое заявление находилось в полном противоречии
160
ЦГВИА, ф. 2008, oп. 1, д. 39, л. 108–110.
161
Lanchester, Aerodynamics second Edition, London, 1909, Chapter IV.
Русские ученые и конструкторы, работая под руководством Н. Е. Жуковского, на практике доказали ошибочность распространенной в европейских странах "теории". Успехи многомоторных кораблей типа "Илья Муромец" были блестящим подтверждением теоретических выводов Н. Е. Жуковского.
Ученики и сотрудники выдающегося ученого А. Н. Туполев, Б. Н. Юрьев, Б. С. Стечкин, В. П. Ветчинкин, А. А. Микулин, К. А. Ушаков, Г М. Мусинянц и другие, выполняя задания военного ведомства, в то же время систематически публиковали в трудах авиационного расчетно-испытательного бюро научные статьи и расчеты, сделанные в процессе проверки самолетов различных систем. В общей сложности по вопросам аэродинамического расчета и прочности было отпечатано около 50 литографированных выпусков.
Оправдало свое назначение и организованное Н. Е. Жуковским изучение авиационной специальности при механическом факультете МВТУ Позже оно способствовало созданию самостоятельного аэромеханического факультета, а затем на его базе — Московского авиационного института (МАИ). Первыми выпускниками, получившими эту специальность, были А. Н. Туполев, Б. Н. Юрьев, Б. С. Стечкин, В. М. Петляков, Н. И. Иванов, А. А. Архангельский, А. И. Путилов и другие. Академик Б. Н. Юрьев говорил о Н. Е. Жуковском: "Он подготовил наши руководящие научные кадры в области авиации. Он создал теории, которыми мы руководствуемся при расчете летательных аппаратов. Он создал целый ряд учреждений, где ведется научная работа в области авиации. Он действительно был отцом русской авиации".
С. А. Чаплыгин. Одновременно с Николаем Егоровичем Жуковским в работах расчетно-испытательного бюро и жизни аэродинамических лабораторий активное участие принимал другой выдающийся русский ученый — Сергей Алексеевич Чаплыгин.
Без ознакомления с его основными работами представление о научных достижениях России в теории авиации в годы первой мировой войны было бы далеко неполным. Величайшая сила С. А. Чаплыгина заключалась в умении использовать математику для решения технических проблем авиации.
Академик С. А. Чаплыгин
Во время первой мировой войны С. А. Чаплыгин продолжал развивать теорию крыла Н. Е. Жуковского. Еще в 1910 г. Сергей Алексеевич на заседании математического общества в докладе "О давлении плоскопараллельного потока на преграждающие тела" сказал:
"Я полагаю, что на оконечность каждого крыла будет опираться некоторый сопутствующий ему вихрь, образующийся благодаря разности скоростей на нижней и верхней поверхности крыльев" [162] . В этой работе дана основа гидродинамической теории крыла и выведена формула для определения величины, направления и точки приложения равнодействующей сил давления потока воздуха на крыло. В иностранной литературе эти формулы получили название "формул Блязиуса", но Блязиус нашел эти формулы, хотя и независимо от Чаплыгина, но позже его. На основе этого исследования ученому удалось, используя методы математического анализа, создать количественные способы определения аэродинамических характеристик крыла. Это имело важнейшее значение для создания и расчета самолетных крыльев обтекаемой формы. На работах С. А. Чаплыгина основывается вся теория крыла. Развивая ее, Сергей Алексеевич опубликовал две работы по теории решетчатого крыла. Они послужили основой теории лопаточных машин. Чаплыгин показал, что подъемная сила такого самолетного крыла больше, чем обычного со сплошной кромкой. Разрезное крыло более устойчиво в полете, оно предотвращает срыв потока. Достигается это с помощью небольшого предкрылка, который может выдвигаться вперед. На задней кромке крыла устанавливается закрылок, способный поворачиваться на 40° вниз. Применение разрезных крыльев оказалось особенно эффективным на больших углах атаки. С помощью простых приспособлений их подъемная сила увеличивается в два с лишним раза. Практика показала, что такие крылья позволяют летать на меньших скоростях, что особенно важно при взлете и посадке на небольшие аэродромы. Разрезные крылья лежат в основе всех тормозных приспособлений, закрылков, щитков, предкрылков и других элементов механизированного крыла.
162
Чаплыгин
Чаплыгин опубликовал свою работу "Теория решетчатого крыла" в 1914 г. За рубежом в то время утверждения русского ученого были встречены скептически. О его работе даже не поместили никаких сообщений. Заслугу создания разрезного крыла там приписали немцу Лахману и англичанину Хендли Пейджу, опубликовавшим свои работы на семь лет позднее. Такой казус можно объяснить лишь полной неосведомленностью Запада в те годы о достижениях русских ученых. Как справедливо отмечал профессор В. В. Голубев, С. А. Чаплыгина надо считать "родоначальником теоретических исследований, связанных с так называемой механизацией крыла, широко разрабатываемой в современной технической аэромеханике" [163] .
163
Голубев В. В. Сергей Алексеевич Чаплыгин. М.: 1947. с. 84.
Разрезные крылья послужили толчком к изучению вопроса об управлении пограничным слоем крыла, имеющим большое значение для скоростной авиации.
Во время войны С. А. Чаплыгин занялся также изучением крыла моноплана. Это дало ему возможность опубликовать труд "К общей теории крыла моноплана". В нем обосновано новое понятие о параболе устойчивости и дано ее приложение к оценке свойств крыла. Ученому удалось создать науку о профилях и указать основные методы изучения их работы, предложить профили с высокими аэродинамическими свойствами и хорошими качествами при больших скоростях полета.
Еще осенью 1913 г. С. А. Чаплыгин приближенно решил ранее считавшуюся неразрешимой трехмерную задачу о крыле конечного размаха, выведя при этом формулу для подъемной силы и индуктивного сопротивления. Ученый выяснил сложнейшие вопросы о физической картине работы крыла конечного размаха, присоединенных и свободных вихрях, силе индуктивного сопротивления. Результаты были доложены первоначально на заседании Московского общества воздухоплавания, а в 1914 г. — на третьем воздухоплавательном съезде в Петрограде. К сожалению, научные открытия С. А. Чаплыгина, означавшие целую революцию в аэродинамике, не только не были применены в практике самолетостроения в России, но даже не получили широкой огласки. Б. Н. Юрьев пишет по поводу открытия Н. Е. Жуковским и С. А. Чаплыгиным закона индуктивного сопротивления: "Результаты этих работ докладывались на заседаниях математического общества, но не были опубликованы, так как проверка этой теории в устаревшей плоской трубе Высшего московского технического училища не подтвердила ее выводов" [164] . "Иногда честь создания общей теории крыла конечного размаха приписывают Прандтлю и его сотрудникам, но основные идеи Прандтля предвидел акад. Чаплыгин", — пишет профессор Н. С. Аржаников [165] .
164
Юрьев Б. Н. Экспериментальная аэродинамика, т. II. М.: Оборонгиз, 1938. с. 3.
165
Аржаников Н. С. Очерк истории аэродинамики. Сборник МАИ, с. 155.
2 Юрьев Б. Н. Экспериментальная аэродинамика, т. II. М.: Оборонгиз, 1938. с. 3.
Титульный лист диссертации С. А. Чаплыгина
Б. Н. Юрьев при участии В. В. Голубева, развивая теорию индуктивного сопротивления, сделал ее достоянием инженеров. Он в следующих словах выразил значение этой теории: "В настоящее время она обратилась в важнейший раздел прикладной аэродинамики. Ее успех объясняется многими причинами. Во-первых, эта теория дала четкие ответы на целый ряд фундаментальных вопросов, интересующих авиаконструктора: какова наивыгоднейшая форма крыла, как влияют друг на друга крылья биплана, каково влияние крыльев на хвост самолета, насколько точны опыты в аэродинамических трубах, как влияют стенки трубы на результаты опытов и т. д. Во-вторых, эта теория привлекает инженеров своей простотой и наглядностью. Основной элемент этой теории — вихрь — трактуется в ней чисто по-инженерному. Вихрь "опирается на крыло", он действует на окружающий воздух, он поддается графическому изображению. Все это привело к тому, что теория индуктивного сопротивления стала весьма популярной и в конструкторских бюро, и в исследовательских институтах" 2. Теперь ни о какой теории устойчивости, ни о каком изучении полетных качеств самолета нельзя говорить без знания теории индуктивного сопротивления.
Когда в 1935 г. итальянская Академия наук созвала в Риме научный конгресс имени Вольта, на котором были заслушаны доклады виднейших ученых по вопросу больших скоростей в авиации, то оказалось, что ни один из докладов таких столпов аэродинамики, как Л. Прандтль, Дж. И. Тейлор, Т. Карман, А. Буземан, не обошелся без ссылок на диссертацию С. А. Чаплыгина "О газовых струях". Л. Прандтль с сожалением заявил, что его только "в 1932 г. познакомили… со старой, написанной ещё в 1904 г. на русском языке работой Чаплыгина". Т. Карман признал, что метод, примененный С. А. Чаплыгиным, имеет и теперь громадное значение.