Глава X. Создание основ теории авиации

Глава X. Создание основ теории авиации

Весной 1905 года Николай Егорович был озабочен предстоящим переездом на новую квартиру. Он очень не любил домашних хлопот и неурядиц. Разыскать квартиру и переехать туда для него было целым событием. Когда ему предстояло какое-нибудь сложное, хлопотливое дело, отрывавшее его от привычной деятельности, он всегда задолго мучился, преувеличивал трудности.

Сменить квартиру он решился только тогда, когда домик в Гусятниковом переулке, где он жил последние годы, совершенно пришел в ветхость.

Николай Егорович искал квартиру недолго.

Как-то шел он по Мыльникову переулку и увидел на чугунной решетке белый билетик: «Сдается квартира из семи комнат».

Николай Егорович вошел во двор, весь заросший пахучей желтой ромашкой. За решеткой высились серебристые тополя и виднелись густые кусты сирени.

Квартира оказалась не слишком удобной, все комнаты были проходные, но Николаю Егоровичу понравилось, что окна кабинета выходят во двор. Значит, будет тихо и удобно заниматься. В саду смогут гулять Леночка и Анна Николаевна. Недалеко Чистые пруды. Анна Николаевна сможет сидеть там на скамейке и смотреть на детей, гуляющих с нянями.

Так Николай Егорович поселился в Мыльниковом переулке, где и прожил до своей кончины.

Комнату Лены Николай Егорович устроил около своего кабинета. Он трогательно заботился о дочке и очень болезненно переживал все, что касалось ее.

Один раз Леночка каталась во дворе с горы, и ее подшиб какой-то мальчишка. У девочки из верхней губы брызнула кровь. В это время как раз возвращался домой Николай Егорович. Увидев окровавленную дочку, он смертельно испугался и потащил ее домой.

— Убили, изуродовали девочку! — не помня себя, кричал он в полном отчаянии.

Потом уткнулся головой в косяк двери и зарыдал.

Послали за соседом-доктором. Тот старался успокоить Николая Егоровича, уверяя, что рана пустяковая, все пройдет, ничего не будет заметно, но Николай Егорович едва решился взглянуть на Лену.

В этот вечер он уже не мог работать. То сидел на диване, то подходил к спящей дочери и долго смотрел на нее…

После переезда на новую квартиру вся семья Жуковских и Микулиных, по обыкновению, собралась в Орехове. Но время было невеселое. Газеты приносили тревожные известия о восстаниях крестьян, о забастовках, об организуемых полицией еврейских погромах.

Недавно окончилась война с Японией. Царская Россия потерпела полное поражение. В Цусимском бою погиб сын Ивана Егоровича мичман Жорж. Год тому назад Жорж приехал в первый раз в Орехово, ходил с Николаем Егоровичем на охоту, принимал участие в прогулках, пикниках. Всем он очень понравился, особенно своим молоденьким двоюродным сестрам — Кате и Вере.

Последнее письмо Жорж прислал с острова Мадагаскар, где останавливалась эскадра вице-адмирала 3. П. Рожественского.

В Цусимском проливе, встретившись с японцами, необученная, неподготовленная к бою эскадра погибла.

Затонул и броненосец «Князь Суворов», на котором был молодой Жуковский…

Зимой 1905 года Николай Егорович часто оставался дома и работал у себя в кабинете. В университете и Техническом училище занятий почти не было из-за студенческих волнений.

С каждым днем положение становилось напряженнее.

В декабре началась в Москве всеобщая забастовка. Носились слухи, что готовится вооруженное восстание.

Николай Егорович не мог работать. В страшном волнении он ходил по кабинету.

Пришел сосед и объявил, что на Пресне рабочие построили баррикады, началась стрельба.

— Уберите куда-нибудь ваши охотничьи ружья, Николай Егорович, говорят, будут ходить по домам с обыском, отбирать оружие, — посоветовал он.

Николай Егорович положил охотничье свидетельство в старый, почерневший ягдташ, который висел на оленьих рогах над диваном. Дробь и порох унесли и спрятали в дровяной сарай.

Ночью Москва погрузилась в полнейшую темноту. Фонари на улицах не горели, конки не дребезжали, даже извозчики не показывались. Лишь изредка слышались далекие гулкие выстрелы.

Николай Егорович не ложился спать. Он ходил по комнате, держа в руках старый медный подсвечник с оплывшей свечой. От его высокой фигуры по стенам скользили причудливые тени.

Среди ночи раздался тихий звонок: прибежал один молодой доцент-еврей. Он испугался погрома и преследований полиции. Николай Егорович распорядился постелить ему постель в кабинете, а сам продолжал ходить из одной комнаты в другую, прислушиваясь к выстрелам, грохотавшим уже совсем близко.

Утром испуганная горничная шепотом сообщила:

— У нас на заднем дворе студенты через забор прыгают и за сараем прячутся.

— Открой скорей дверь в сенях, — взволнованно сказал Николай Егорович, — пусть спрячутся! За ними, наверно, полиция гонится.

В эти тревожные дни к Николаю Егоровичу все время заходили студенты узнать, не надо ли ему чего-нибудь. Они рассказывали о боях на Пресне, о том, что рабочие после героического сопротивления разгромлены Семеновским гвардейским полком, переброшенным из Петербурга.

Николай Егорович все время стремился пойти в университет и в Техническое училище. Тайком от родных он вышел на улицу и сел на первого попавшегося извозчика.

Подъезжая к университету, Николай Егорович увидел толпящихся студентов. Всюду мелькали фуражки городовых. Он слез с саней, машинально сунул извозчику серебряный полтинник и пошел к чугунной калитке. Ему загородил дорогу городовой:

— Не велено пущать! Проходи, проходи!

— Как же меня не пускать? Я Жуковский, профессор, — взволнованно протестовал Николай Егорович.

— Проходи, проходи! — басил городовой.

Николай Егорович беспомощно оглянулся, но в это время несколько студентов оттиснули от него городового, и он прошел в калитку.

Университет был переполнен студентами. В большой аудитории собралась сходка. Обсуждали бои на Пресне, протестовали против ввода полиции в университет.

Когда студенты увидели Жуковского, они со всех сторон бросились к нему:

— Николай Егорович, как вы сюда попали? Скорее уходите! Университет окружила полиция!

Сгрудившись вокруг Жуковского, они проводили его сквозь ряды полицейских за ограду и усадили на извозчика.

…Затихли выстрелы, умолкли пылкие речи на студенческих сходках. Реакция торжествовала победу.

Увидевшие зарю новой жизни люди оказались опять в потемках. Но они верили, что это уже ненадолго. Рабочий класс под руководством большевиков готовился к решительным боям, и гениальный стратег революции Владимир Ильич Ленин намечал путь к победе.

* * *

Несмотря на все треволнения, Николай Егорович старался почаще бывать в Кучине. Там он неутомимо ставил многочисленные опыты в новой аэродинамической трубе.

Энергично работали под его руководством и студенты в университетской лаборатории. Старая труба оказалась мала, построили большую круглую, поместив ее в вестибюле нового здания университета, на верхней площадке лестницы.

Николай Егорович придавал большое значение широко поставленным опытам; за редким исключением, они подтверждали уже найденную и разработанную им теорию явления.

Так было и при открытии им знаменитой теоремы, носящей его имя, дающей ответ на вековой вопрос — отчего летает птица?

Изучая в течение многих лет различные виды течений жидкостей, он особенно старался установить, чем обусловлено сопротивление воды движущемуся толу. Те же вопросы встали и в отношении воздуха. Почему трудно бежать против ветра, плыть против быстрого течения, почему смерч на море опрокидывает суда, почему, наконец, пластинка из твердой бумаги, если ее сбросить с высоты, падает прямо на землю, а если ее сильно завертеть, то она некоторое время держится в воздухе и падает в стороне от того места, где ее сбросили? Главное — что происходит с воздухом, когда в него врезается быстро движущееся тело определенной формы, какое воздушное течение позволяет такому телу лететь, не падая на землю?

Николай Егорович постоянно размышлял над этими вопросами. И вот однажды, рассказывает один из его учеников, когда Жуковский наблюдал в Кучине за полетом коробчатых змеев, ему пришла в голову мысль, давно уже мелькавшая в его мозгу, но еще неясно осознанная. Возвращаясь в Москву, он поделился этой мыслью со своим учеником.

Но одно дело — выдвинуть предположение, гипотезу о причинах возникновения подъемной силы крыла, а другое дело — теоретически доказать правильность этой гипотезы и вывести математическую формулу, по которой можно было бы выполнить расчет сил, действующих на крыло в полете.

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 не приходило на ум, что вихри имеют большое значение в природе и, в частности, в создании подъемной силы.

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 была положена твердая основа для всех дальнейших работ по теории авиации!

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.

4 октября 1957 года в Советском Союзе был осуществлен успешный запуск первого в мире искусственного спутника Земли со скоростью около 8000 метров в секунду (примерно 28 800 километров в час). Чтобы достигнуть такого замечательного результата, надо было положить много труда, разрешить ряд сложнейших задач.

Идея реактивного летательного аппарата не нова. В 1849 году русский военный инженер У. И. Третесский создал проект управляемого аэростата (дирижабля), снабженного реактивным двигателем. В 1881 году народоволец Н. И. Кибальчич во время заключения в крепости за несколько дней до казни закончил проект реактивного аппарата тяжелее воздуха, движущегося с помощью пороховых ракет. Особенно много сделал для создания и развития реактивной авиации знаменитый деятель русской науки К. Э. Циолковский.

Жуковский знал, как определить силу реакции жидкости, выталкиваемой из какого-либо сосуда, силу, которая заставляет сосуд двигаться в сторону, противоположную направлению движения выталкиваемой жидкости. Еще в 1882 году в работе «О реакции вытекающей и втекающей жидкости» он предложил формулу, позволяющую вычислить силу тяги, развиваемой реактивным двигателем. В 1904 году, стремясь сконструировать как можно более легкий двигатель, он использовал принцип реакции. Под его руководством был спроектирован винт с реактивными двигателями на концах лопастей. В 1908 году была напечатана работа Николая Егоровича «К теории судов, приводимых в движение силою реакции вытекающей воды».

Весьма интересовал Жуковского вопрос о законах движения твердых тел в воздухе с большими скоростями. Его статьи «О сопротивлении воздуха при больших скоростях», «Движение волны со скоростью, большей скорости звука» и другие, наряду с работами С. А. Чаплыгина, явились основой для создания газовой динамики — науки, позволяющей рассчитать необходимые размеры и формы ракет, скоростных самолетов, реактивных двигателей и скоростных аэродинамических труб.

В настоящее время ученые работают над проблемой создания самолетов с атомными двигателями; это даст возможность значительно увеличить скорость и дальность полета. Возможной конструктивной схемой авиационного атомного двигателя может быть обычный турбокомпрессорный воздушнореактивный двигатель, у которого камеры сгорания заменены ядерным реактором. В реакторе осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер атомов какого-либо вещества (урана, плутония и др.). Один килограмм урана-235, при полном использовании выделяемой энергии, эквивалентен 2 миллионам килограммов авиационного бензина. Даже 20 процентов этой энергии достаточно для того, чтобы тяжелый самолет мог без посадки два-три раза облететь земной шар. В годы, когда жил Жуковский, можно было только мечтать о таких возможностях. Тем больше его заслуга в создании первых основ реактивной авиации.