Путь ученого
Шрифт:
Опыты в аэродинамических трубах неизменно показывали, что подъемная сила развивается на крыле, которое имеет немного вогнутую форму и поставлено под некоторым углом по отношению к набегающему на него потоку воздуха. В своей новой работе, «О присоединенных вихрях» (1905), Жуковский дал верное объяснение этому явлению и вывел формулу, по которой стало возможным точно рассчитать подъемную силу крыла.
В этом доказательстве важную роль сыграла теория вихрей. Вихри все видели, мешая ложкой кофе в чашке, опуская весла в воду, наблюдая движение льдин по реке в половодье. Но долгое время никому
Жуковский доказал, что подъемная сила крыла возникает благодаря циркуляционному, или, иначе говоря, круговому, движению потока воздуха вокруг крыла. Под влиянием этого кругового движения на верхней поверхности крыла воздушный поток ускоряется сильнее, чем на нижней, что и создает разность давлений, определяющую подъемную силу.
В своей работе Николай Егорович предложил простой способ расчета подъемной силы крыла с любым профилем. Этот способ обычно формулируется в виде теоремы Жуковского о подъемной силе крыла.
Из теоремы Жуковского следует, что подъемная сила (Р), действующая на крыло, равна плотности воздуха (р), умноженной на циркуляцию (Г), на скорость набегающего потока (V) и на длину размаха крыла (l), то есть: Р = рГVl.
Одновременно Николай Егорович доказал, что некоторый фиктивный вихрь, помещенный в поток вместо крыла, будет обладать такой же подъемной силой, как и крыло. Такой вихрь Жуковский назвал «присоединенным вихрем», а свою работу он назвал «О присоединенных вихрях».
Когда в ноябре 1905 года он доложил ее в Математическом обществе, она произвела огромное впечатление: наконец решена была извечная задача, найден ответ на вопрос, почему летает птица.
Задача была решена, но для того, чтобы производить точные расчеты, чтобы строить надежные самолеты, надо было знать все входящие в формулу величины. А для этого потребовались опять годы напряженного труда. В лабораториях, главным образом в недавно оборудованной силами студентов лаборатории Технического училища, проводились многочисленные опыты. Осенью 1909 года Жуковский организует при Техническом училище студенческий научный воздухоплавательный кружок. Среди первых членов этого кружка были хорошо теперь известные советские ученые А. Н. Туполев, Б. Н. Юрьев, А. А. Архангельский, В. П. Ветчинкин, первый русский планерист Б. И. Россинский и много других.
Все они были частыми гостями «на Мыльниковом», в доме Жуковского.
Работали студенты с энтузиазмом. Не только их, но и маститых ученых заинтересовала трудная задача создания новой науки: аэродинамики.
В конце 1909 года на съезде естествоиспытателей в Москве после доклада Жуковского выступил С. А. Чаплыгин и, основываясь на экспериментальных данных и общих теоретических соображениях, высказал очень интересную гипотезу о том, что при правильном обтекании профиля острая задняя кромка крыла является линией схода потока как с нижней, так и с верхней поверхности крыла. На основании этой гипотезы, получившей название «постулата Жуковского — Чаплыгина», оказалось возможным подсчитать теоретическим путем величину циркуляции, а затем по теореме Жуковского — и подъемную силу крыла.
Наконец-то
Жуковский решил, что настало время для создания систематического курса новой науки и для изложения его студентам. Он систематизировал результаты всех как теоретических, так и экспериментальных исследований теории авиации и объединил их в новый курс «Теоретические основы воздухоплавания», который начал читать студентам МВТУ в 1909 году. Этот курс явился первым в мире цельным и оригинальным трактатом по теории авиации, в котором впервые доказывалась возможность точного инженерного расчета летных свойств авиационных конструкций.
Разрешив основную задачу авиации, Николай Егорович занялся созданием теории и методов расчета воздушных винтов. Созданная им вихревая теория воздушного винта, опубликованная в ряде статей в течение 1912–1918 годов и лежащая в основе расчета самолетных и вертолетных винтов, ветряков, вентиляторов, лопаток турбин и т. д., является одной из наиболее выдающихся работ XX века в области авиации. Вихревая теория Жуковского позволила построить отечественные винты с очень хорошими характеристиками. В честь Николая Егоровича воздушные винты его системы назвали начальными буквами его имени, отчества и фамилии, «НЕЖ».
Работы его по теории воздушных винтов продолжили и дополнили его ученики Б. Н. Юрьев, В. П. Ветчинкин, Г. И. Кузьмин и многие другие.
Замечательные исследования Жуковского в области теории крыла самолета и воздушных винтов появились раньше работ иностранных ученых на ту же тему. В создании теории авиации Россия шла впереди Европы благодаря творческому дару Николая Егоровича и его умению всегда привлечь к работе группу ученых-энтузиастов.
Прежде чем закончить эту главу, в которой рассказано о великом открытии Жуковского, нужно упомянуть еще об одной категории его работ, написанных в разное время и имевших огромное значение для развития нового вида авиации, который в те годы казался почти фантастическим: реактивной авиации.
Как только стали строить самолеты, началась борьба за скорость их полета. Увеличение скорости достигалось совершенствованием внешних форм самолета и непрерывным увеличением мощности двигателя, притом в очень больших размерах. Так, например, чтобы повысить в два раза скорость самолета, нужно увеличить в восемь раз мощность двигателя; это приведет к значительному увеличению веса двигателя. Но значительное увеличение веса двигателя, в свою очередь, конечно, основательно уменьшит скорость. Получался заколдованный круг, выход из которого был найден в применении реактивных двигателей.
Такие двигатели отбрасывают назад струю газа. Это отбрасывание происходит со значительной скоростью, большей, чем скорость движения самолета. Сила отдачи (реакция) отбрасываемого газа и является источником движения самолета.
При помощи реактивных двигателей можно достигнуть скорости, казавшейся еще недавно невероятной: превысить скорость звука, равную у земли 340 метрам в секунду, то есть 1224 километра в час. Современные реактивные самолеты, летя со скоростями, значительно превышающими скорость звука, поднимаются на очень большую высоту.