ЛЕВ ГУМИЛЕВСКИЙ
Лет пятьдесят назад люди, близко стоящие к московскому городскому хозяйству, столкнулись с загадочным к непонятным явлением: то и дело без всякой видимой причины лопались прочные магистральные трубы водопроводной сети. Бедствие принимало такие размеры, что нашлись хозяева, считавшие нужным прикрыть водопровод и возвратиться к прежней системе водоснабжения. Старая система, как известно, состояла в доставке воды бочками и ведрами из Москва -реки и дворовых колодцев.
После некоторых размышлений Управление городским хозяйством- создало комиссию для изучения странного явления. В комиссию решено было ввести профессора механики Московского высшего технического училища Николая Егоровича Жуковского. В приглашении этом, впрочем, не было ничего случайного. Когда водопровод проектировался и строился, к Жуковскому обращались за разрешением разных сложных допросов и получали от него всегда очень точные ответы. Так, например, он установил, что колебание уровня подпочвенных вод связано с давлением барометра, и создал классический труд «О движении подпочвенных вод». Он даже продемонстрировал на докладе движение струек воды в песках.
Профессор Жуковский не только помог строителям составить представление о мощности возможного водосбора для снабжения водой Москвы и выбрать место для станции. Он неожиданно оказал большую услугу конгрессу врачей в Вене: конгресс изучал вопрос о развитии эпидемий в связи с колебанием уровня подпочвенных вод. Труд московского ученого сыграл видную роль в занятиях и решениях съезда.
Для изучения причин бедствия, постигшего московский водопровод, Жуковский отправился на Алексеевскую водокачку под Москвой. Он указал комиссии, что одной из главных причин аварий магистральных труб является развитие сильного ударного действия воды в трубах, когда их быстро открывают или закрывают. Но надо было проверить эту догадку, исследовать явление так называемого гидравлического удара. Все явления, происходящие в теснинах чугунных труб, Жуковский представлял себе совершенно ясно и, пожалуй, даже угадывал основные черты закона, управлявшего водной стихией. Однако, чтобы выразить этот закон с помощью формул и чисел, доступных пониманию всех, требовалось еще тщательно обследовать явление опытным путем.
По указаниям Николая Егоровича на водокачке соорудили опытную сеть водопроводных труб разных диаметров. Сеть заставляли работать при самых разнообразных условиях. Электрические звонки, хронометры, пишущие аппараты сторожили каждое движение воды, каждое колебание труб. Опытная сеть была построена с большим остроумием и поразительной предусмотрительностью. Прежде всего экспериментатор определил длину и скорость волны при гидравлическом ударе.
Далее оказалось, что действительно все явления гидравлического удара, как и предполагал Жуковский, объясняются возникновением и развитием в трубах ударной волны, происходящей в несжимаемой жидкости при внезапной остановке ее движения. Инженеры, строившие водопровод, не обратили внимания на то, что когда задвижка или кран быстро закрываются, то вода останавливается и толчок передается в трубах по закону распространения волнообразного движения. Обстоятельство это строители упустили из виду, очевидно, потому, что всегда до этого имели дело с короткими водопроводами. В коротких же трубах, ввиду громадной скорости распространения ударной волны, подъем давления кажется происходящим вдоль всей трубы одновременно.
Жуковский установил затем, что опасное возрастание гидравлического удара начинается при переходе ударной волны с труб большого диаметра на трубы малого диаметра и что сила ударного давления удваивается, достигнув концов больших труб. Такое удвоение, нарастая, в конце концов при особо неблагоприятных условиях вызывает разрыв трубы.
Установив причины аварий, исследователю оставалось только предложить меры для их предотвращения. Простейший способ оградить водопроводные трубы от аварий — медленное закрывание и открывание кранов. Как только краны, с приспособлением для медленного закрывания, были введены, прекратились аварии, донимавшие московский водопровод.
Вы думаете, что этим дело и кончилось? Нет. водопроводные аварии и медленно завинчивающиеся краны для Жуковского оставались только внешними границами практического мира. Истинная наука начиналась за этими границами, — а Жуковский был великий ученый. Он заглянул гораздо глубже в сущность стихии и, возвратившись в практический мир, со снисходительной и лукавой улыбкой предложил нечто, похожее уже на колдовство. Он, видите ли, нашел способ определять место аварии, не выходя из водокачки и не дожидаясь, когда вода в месте разрушения трубы выступит на поверхность мостовой, давая знать об аварии. Секрет заключался в том, чтобы создать искусственный гидравлический удар на водокачке и затем взглянуть на ударную диаграмму; пользуясь теоретическим построением Жуковского, оказалось возможным точно определить место, где происходит утечка воды.
 |
| Копайте здесь |
Так была решена профессором Жуковским задача о величине гидравлического удара и о скорости его волны. Это было первое полное и точное решение этого вопроса в науке.
Московский профессор рассеял туман, окутывавший многие вопросы, связанные с работой гидравлических машин. Гидротехники получили возможность производить точные расчеты не в одном водопроводном деле. Прежде всего были созданы правильные конструкции гидравлических таранов; тараны работали доселе очень плохо, так как наука не имела всех необходимых данных- для расчета длины трубы, подводящей воду. Как обеспечить наивыгоднейшее использование гидравлического удара в таране, никто не знал.
После того как гидравлическим тараном занялся Жуковский, это остроумнейшее изобретение человека начало жить заново. Без всяких дополнительных сооружений, без насосов, плотин и моторов сейчас в наших колхозах тараны подают из ложбин и овражков с текучей водой высоко наверх, в коровники и конюшни, живую струю воды.
В разные периоды своей ученой деятельности Жуковский занимался и вопросом о прочности велосипедного колеса, и вопросом о наивыгоднейшем угле наклона аэроплана, и вопросом о рациональной форме корабля. С исчерпывающей полнотой и даже с показом механических моделей он отвечал к на вопрос, почему кошки при падении всегда падают на лапы, и на вопрос о коэфициенте полезного действия человеческого организма, и на вопрос, почему из фабричных труб дым выходит клубами, и на тысячу других вопросов, больших и маленьких. Он делал доклады и о парении птиц, и о движении прямолинейных вихрей, и о сопротивлении воздуха при больших скоростях, и о движении вагонов по рельсам, и о снежных заносах, и о ветряных мельницах, и о качке кораблей, и о множестве других разнообразных вещей, которые служили ему только поводом для теоретических построений огромного и широчайшего значения.
Педагогическая деятельность Жуковского совсем не была похожа на выполнение обязанностей, дававших материальную возможность заниматься научной работой. Нет, то была составная часть научных занятий, и, может быть, поэтому Николай Егорович не отделял своей работы от работы учеников и даже не видел существенной разницы между ними.
Иногда он приносил в аудиторию клочок живой природы, вроде маленькой птички, которую демонстрировал слушателям, чтобы они могли разобраться в условиях взлета. Птичка находилась в стеклянной банке и должна была наглядно показать, что, не имея площадки для разбега, подняться в воздух нельзя.
Николай Егорович снял с банки крышку и предоставил птичке выбраться наружу, показывая непреложность теории. Некоторое время птичка действительно не могла взлететь, в полном соответствии с привычными представлениями. Но, не имея нужной для взлета площадки, птичка стала делать спирали по стенке банки и к всеобщему восхищению взлетела под потолок.
Учитель рассмеялся вместе с учениками:
— Эксперимент дал неожиданный, но поучительный результат: площадку может заменить спираль, а нам это не пришло в голову.
Жуковский, очевидно, понимал или чувствовал, каким грубым препятствием для движения творческой мысли является привычное мышление, как трудно, даже изощренному уму, прервать течение привычных представлений и дать место иным, неожиданным и новым. Оттого-то он и прибегал постоянно к живой природе с ее поучительным непостоянством, с ее огромным запасом еще не раскрытых тайн, не обнаруженных возможностей.
Над зеленым лугом летали стрелы его арбалета с винтом, когда он занимался измерением и вычислением времени полета, Но проселочным дорогам взад и вперед мелькал его велосипед с большими крыльями, когда он изучал сопротивление воздуха. Живая природа открывала тайны аэродинамики этому пророку авиации, предсказавшему мертвую петлю за двадцать лет до того, как ее совершил летчик Нестеров. В саду имения Орехова под яблонями Жуковский чертил на песке свои формулы, когда врачи запретили ему работать, а родные заставляли подолгу гулять...
Излагая результаты своих работ для широкой публики, Жуковский часто обходился без формул, трудных рядовому читателю, даже там, где другой ученый непременно прибег бы к длиннейшим и сложнейшим вычислениям.
Великий русский инженер, он не строил машин, но чутье конструкций у него было необычайное.
Проф. В. Г. Голубев вспоминает такой случай. Однажды Николай Егорович получил письмо от молодого инженера, который обращался к великому механику с просьбой о технической помощи. На заводе, где работал инженер, у одной машины поломался коленчатый вал. Изготовить другой вал своими средствами завод не мог. На передачу заказа другому заводу потребовалось бы много времени. Везти вал для исправления из-за распутицы было невозможно. В этих обстоятельствах инженер и просил Жуковского, как это часто тогда делали практики машиностроения, придумать, как помочь беде.
Николай Егорович через день ответил инженеру приблизительно в таких словах:
— Я машины не видел, назначение ее мне не ясно, по каталогу, присланному вами, разобраться трудно. Но, судя по приложенной, вами схеме, в машине действуют снизу такие-то и такие-то силы, а сверху — такие-то и такие-то. При этих условиях для меня совершенно очевидно, что коленчатый вал выгоднее заменить шестернями, которые вы легко можете изготовить у себя на заводе.
Инженер подумал, рассчитал и последовал совету ученого теоретика. Шестерни были быстро изготовлены, поставлены и оказались, как и думал Николай Егорович, более выгодными, чем вал: машина стала работать лучше, и на заводе все удивлялись только тому, как это иностранная фирма, выпускавшая машины, не сообразила ставить шестерни вместо коленчатого вала.
В те годы, когда создавалась русская аэродинамическая школа во главе с Н. Е. Жуковским, теоретическая механика была не чем иным, как прикладным отделом математики. Жуковский одним из первых показал, что в современной теоретической механике опираться лишь на математический метод невозможно, что для познания мира с точки зрения механики, движения так же нужен научно поставленный эксперимент, как и во всех иных областях естествознания.
Дальнейшее развитие науки подтвердило правильность взгляда Жуковского, хотя в его время находилось очень мало ученых, державшихся того же мнения. Жуковскому принадлежит честь создания первых лабораторий по механике в Московском университете и в Московском высшем техническом училище, лабораторий со сложной аппаратурой, с научно поставленными опытами и измерениями. Теперь такие лаборатории не редкость: они имеются «во всех крупных научных центрах Европы и Америки, но родиной их, несомненно, является Россия.
Нет почти ни одной области механики, в которую бы великий ученый не сделал крупнейшего вклада своими работами, однако наибольшую известность и практическую ценность приобрела его научная деятельность в области авиации.
Жуковский разработал теоретические основы авиации и расчета самолетов и, главное, сделал это в те времена, когда строители первых самолетов твердили, что «самолет не машина, его рассчитать нельзя», когда среди широких кругов специалистов господствовало убеждение, что никакие теоретические соображения не применимы к механике столь непостоянной среды, как воздух, и что авиацию можно строить только на данных опыта и практики. Директор леткой школы в Лозанне, Рикардо Броцци, например, писал:
«Аэродинамика, бесспорно, есть наука, основанная на опыте. Все заслуживающие доверия законы являются и должны быть указаниями действительного опыта. Her ничего более опасного, как применять математический аппарат с целью достичь построения этих законов».
Эта наивные строчки были напечатаны в труде Броцци в том самом 1916 году, когда на французском языке появилась работа Жуковского: «Теоретические основы воздухоплавания», решительно опровергающая утверждение директора авиационной школы. Но Жуковский слишком широко шагал впереди своего времени, и за ним можно было только поспевать, а никак не итти вровень.
В природе есть много явлений, наблюдая которые кажется, что проникнуть в тайну управляющих ими законов невозможно. Клочок бумаги, брошенный на пол, падая, козыряет и ложится совсем не там и не так, как можно было бы ожидать. Орел и ястреб варят в воздухе, не двигая крыльями. Все явления, происходящие под влиянием сил, возникающих яри движении воздуха, долгое время оставались непонятными и необъяснимыми.
То же можно сказать и о явлениях, связанных с движением жидкостей при воздействий на них каких-нибудь сил. Именно полнейшая неуловимость законов воды и воздуха заставляла наших предков относиться к ним как к стихийным силам природы, не постижимым уму и не подвластным человеку.
До последнего времени, человечество не знало многих законов аэродинамики и гидродинамики, определяющих поведение воздуха и жидкостей в связи с действующими на них силами. Поэтому в течение тысячелетий, несмотря на множество смелых, но наивных попыток, человек не смог подняться на воздух, но сделал это тогда, когда были разрешены основные вопросы аэро-гидродинамики, установлены основные законы движения тел в воде и воздухе.
Одна из важнейших закономерностей аэро-гидродинамики была установлена еще в восемнадцатом веке голландским ученым и членом Петербургской Академии наук Даниилом Бернулли. Он установил связь между давлением и скоростью в каждой точке струи тяжелой жидкости.
Воздух, подобно жидкости, давит на поверхность каждого тела, с которым он соприкасается, причем давление в каждой точке перпендикулярно к поверхности тела. Такое давление называется статическим давлением, или просто давлением. Статическим давлением является атмосферное давление: воздух, как известно, имеет вес и довольно значительный — каждый литр его весит более грамма. На каждый квадратный сантиметр поверхности земли давит воздушный столб такого же сечения, весом около килограмма. Это и есть пример статического давления.
Скорость, вернее, живая сила текущей воды или воздуха, может быть преобразована в давление на поверхность тела. В отличие от статического давления такое давление называется динамическим давлением, или скоростным напором. Если в стакан с водой подуть с достаточной силой, то вода выплеснется через край.
Так вот, Бернулли установил, что для каждой точки струи жидкости, не обладающей вязкостью, сумма скоростного напора. и статического давления остается величиной постоянной. Иначе говоря, там, где увеличивается скоростной напор, уменьшается давление и, наоборот, там, где уменьшается скоростной напор, увеличивается давление. Закон этот, как выяснилось позднее, одинаков и для жидкостей и для газов.
Стоит нам только усвоить этот основной закон, одинаковый для воды и воздуха, как многие аэро-гидродинамические загадки легко разрешаются. Возьмем, например, два листка бумаги, слегка выгнув их, и будем держать близко друг к другу выпуклыми сторонами. Казалось бы, что если подуть в пространство между ними, листки должны разойтись. На самом деле листки сближаются выпуклыми сторонами.
Не зная связи между скоростью и давлением, тут ничего нельзя понять. Но закон Бернулли говорит, что увеличение скорости движения воздуха между листками уменьшает давление между ними, в то время как на внешних сторонах листков оно остается неизменным, равным атмосферному. Эта разность давлений и сближает листки.
Закон Бернулли объясняет нам, почему иногда сталкиваются сближающиеся корабли. Когда корабли идут параллельно друг другу на небольшом расстоянии, борта их образуют канал, где возникает течение. Скоростной напор воды в узком пространстве между кораблями увеличивается и уменьшает статическое давление: внешнее давление оказывается более сильным и сближает корабли, вплоть до сталкивания, при неумелом управлении ими.
Известно, что ветер может сорвать крышу с дома, и если спросить нас каким образом это случается, большинство ответит, что ветер подхватывает крышу снизу и срывает ее, хотя трудно понять, как он может проникнуть под крышу, плотно прилегающую к стене? В действительности дело обстоит совсем не так. Над крышей ветер скоростным напором уменьшает статическое давление, которое под крышей, оставаясь неизменным, становится большим, чем над крышей; разность давлений и срывает крышу.
Любопытно, что до развития аэродинамических знаний крыши зданий рассчитывались на прочность только из учета давления сверху. Возможность давления изнутри никому не приходила в голову, так как срыв крыш при ветре объяснялся неправильно.
Жуковский и в раннюю пору своей научной работы не сомневался в возможности осуществления тысячелетней мечты своего народа и всего человечества. «Птицы летают, почему же человек не может летать?» говорил он.
За одиннадцать лет до того, как поднялся в воздух самолет братьев Райт, Жуковский в статье «О парении птиц» дал объяснения тому, каким образом птицы могут парить в воздухе с неподвижно распростертыми крыльями, и теоретически доказал, что можно построить аппараты для искусственного парения — планеры, которые будут устойчивыми в воздухе и даже смогут совершать «мертвые петли».
Доказав возможность создания устойчивых в воздухе летательных аппаратов, Жуковский в новой работе «О наивыгоднейшем наклоне аэропланов» решает задачу о нахождении наивыгоднейшего угла наклона крыльев, что имеет основное значение при проектирований самолета.
Таким образом к тому времени, когда жизнь предъявила к теоретической авиации свои требования, когда состоялись первые полеты, Жуковский, внимательно следивший за всеми новостями в этом деле, оказался во всеоружии тех знаний, которые были нужны для создания теоретических основ авиации.
Как только братьями Райт и затем другими авиаторами были совершены, первые, робкие полеты на аппаратах тяжелее воздуха, тотчас же перед наукой стад вопрос, выдвинутый практической авиацией: откуда берется подъемная сила у крыла и, главное, каким теоретическим способом можно ее выразить?
Насколько Жуковский был подготовлен к ответу на этот основной вопрос, видно уже из того, что в 1905 году, через три года после первого полета братьев Райт, в замечательной своей работе «О присоединенных вихрях» он дает и правильный ответ на вопрос и формулу, позволяющую произвести точный расчет сил, действующих на крыло.
Если в поток с равномерной скоростью поместить цилиндр, то жидкость будет обтекать его симметрично с обеих сторон. Если же такой цилиндр вращать в неподвижной жидкости, то она будет увлекаться в сторону его вращения, отчего возникает круговой поток вокруг цилиндра. Но что произойдет, если цилиндр будет вращаться в равномерном потоке, а не в неподвижной жидкости? Скорость течения над цилиндром будет тогда равна сумме скоростей равномерно текущего и кругового потоков. Под цилиндром же скорость течения будет равна разности скоростей обоих потоков. Поэтому частицы жидкости будут проноситься над цилиндром много быстрее, чем под ним. По закону Бернулли, с возрастанием скорости потоков давление на цилиндр убывает, значит цилиндр будет испытывать снизу большее давление, или, иными словами, вращение цилиндра в равномерном потоке порождает подъемную силу.
Дело нисколько не изменится, если вместо твердого цилиндра в равномерно и прямо текущем потоке завертится жидкий столб — вихрь. Зато математическое исследование этого явления сильно облегчится. Пользуясь этим, Жуковский и вывел математическую формулу для определения подъемной силы, которая образуется во всяком потоке, если в нем завертится вихрь.
Эти вихри он назвал «присоединенными», потому что, пока поток течет равномерно, в нем никакой подъемной силы, направленной снизу вверх, не возникает. Но когда к равномерной поступательной скорости потока присоединяется скорость вращающегося вихря, то эта подъемная сила тотчас же появляется.
До сих пор речь шла о потоке жидкости. Но теория «присоединенных» вихрей оказалась приложимой и к поведению самолета в воздухе. Здесь действует также подъемная сила, и она может быть исчислена по той же самой формуле, которая составлена профессором Жуковским для жидких потоков Над крылом аэроплана скорость движения воздуха больше, чем под ним, и поэтому снизу вверх действует такая же подъемная сила, какая получается от «присоединенного» вихря.
Но откуда же, спрашивается, возникает на пути самолета равномерный воздушный поток? И почему неподвижное крыло вызывает в этом потоке такое же действие, как вращающийся цилиндр или вихрь?
Мощный поток в воздухе возникает благодаря работе винта, сообщающего самолету поступательную скорость. А крыло в этом потоке вызывает то же, что и «присоединенный» вихрь, Происходит это потому, что крыло хотя и неподвижно, но зато оно не имеет такой симметричной формы, как вращающийся цилиндр или вихревой столб. Из-за неравномерной формы крыла воздушные струи неравномерно его обтекают: над крылом они располагаются теснее, а под крылом — реже. Скорость струй над крылом поэтому больше, а под крылом выше. Следовательно, по закону Бернулли, возникает разность давлений в воздушных потоках, омывающих крыло самолета. А разность давлений порождает подъемную силу.
Ясно, что скорость потоков будет зависеть от формы крыла. А значит, если удастся найти наиболее выгодную форму крыла, то подъемная сила самолета окажется наибольшей. До тех пор, пока природа подъемной силы самолета была неизвестна ученым, не было способа определять форму крыла с помощью математических вычислений. Открытие профессора Жуковского вооружило авиаконструкторов «математическим аппаратом», а сам Жуковский первый в мире вычислил наилучшую, как говорят, рациональную форму крыла самолета.
Выше мы сказали, что законы, выведенные для потоков жидкости, оказались действительными и для воздушных потоков. Но между жидкостью и газом, между водой и воздухом существует очень важное различие в физических свойствах. Вода, как и всякая жидкость, практически несжимаема, то есть ее объем при повышении давления не изменяется, и на этом свойстве воды основано действие целого ряда гидравлических машин. Воздух же, как и все газы, можно легко сжать, что и делается, например, в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания. Д. И. Менделеев первым пришел к выводу, что данные для сопротивления жидкостей можно все же применять и к воздушной среде, что «опыты с водою дополняют и дополняются опытами с воздухом». Но он предвидел и то, что с достижением очень большой скорости движения тела в жидкости или газе уже придется считаться с различием физических свойств этих сред. Пока самолеты летали со скоростью 100, 200, 300, даже 500 километров в час, это обстоятельство никак не сказывалось на правильности расчетов, исходивших из приложения законов гидродинамики в воздушной среде. И только в наши дни, когда скорости летательных аппаратов приблизились к 1000 километров в час, возникла необходимость учитывать принципиальную разницу между водой и воздухом. Но уже очень давно талантливейший ученик Жуковского, Сергей Алексеевич Чаплыгин, предусмотрел это обстоятельство.
Ближайший преемник Жуковского, Сергей Алексеевич Чаплыгин, в жизни был человеком иного склада. Если он и напоминал учителя, то только своей добротой, да и то скрытой под внешней суровостью.
Жуковский был рассеян. Бывало, что, проговорив целый вечер с молодежью у себя в гостиной или кабинете, гостеприимный хозяин вдруг поднимался, ища свою шляпу, и начинал прощаться бормоча:
— Однако я засиделся у вас, господа. Надо итти, пора...
Чаплыгин любил анекдоты о рассеянности и причудах ученых людей, но сам не только не страдал рассеянностью, но, наоборот, поражал окружающих своей феноменальной памятью на все в мире, до телефонных номеров включительно.
Жуковский объединял вокруг себя людей личным обаянием и умением угадывать талантливого человека, хотя бы еще ничем себя не проявившего. Чаплыгин умел не хуже своего учителя находить талантливых людей, но, кроме того, был отличным администратором и хозяйственником.
Жуковский бесконечно любил живую природу. Чаплыгин был к ней равнодушен. Если он приезжал в дом отдыха, то целыми днями просиживал за шахматами и никуда не выходил.
Жуковский знал названия всех птиц, всех растений, которые попадались ему в деревне. Чаплыгин о реальной природе имел самое общее и весьма смутное представление.
Стихия Жуковского—реальная природа. Стихия Чаплыгина — мир отвлеченных идей, которые населяли его удивительный ум. Для Жуковского жидкость—это вода. Для Чаплыгина вода-—это «идеальная жидкость Эйлера», которую легко можно изучить математически, но ставить опыты с «идеальной жидкостью» невозможно.
Вот почему Жуковского нередко можно было увидеть сидящим в лаборатории на корточках за каким-нибудь опытом. Чаплыгин же только раз в жизни, будучи студентом, пытался, провести какой-то физический опыт, но сделал все так плохо, что больше уже никогда не брался экспериментировать.
Николай Егорович Жуковский всю жизнь решал практические задачи и открывал в частных явлениях общие законы.
Почти все работы Сергея Алексеевича Чаплыгина в момент их появления в печати представлялись чисто теоретическими, не имеющими никакого практического значения. Но с течением времени неизменно оказывалось, что математика в них граничила с техникой или с методами, к ней приложимыми.
Для Чаплыгина математика была более совершенным средством достижения цели, чем все другие средства, которыми пользуются ученые и инженеры. Практикам он удивлялся, но не завидовал.
Мир отвлеченных идей, какими оперирует математика, полностью поглощал Чаплыгина, и математик он был классический, с огромной памятью и интуицией. Конкретные величины его трогали мало. Давая к каким-нибудь математическим построениям примеры высокой точности, он спокойно приводил такой пример, где точность практически оказывается ненужной, даже смешной. Так, например, он вычислял срок прихода поезда по графику с точностью до одной миллионной доли секунды.
В его присутствии никто не мог сделать ни одной ошибки в математическом построении. Он все знал и все понимал.
Характерный случай произошел однажды о Московском математическом обществе на докладе Жуковского. Жуковский, чтобы не тратить времени на писание чисел и формул, имел обыкновение показывать на экране заранее заготовленные стеклышки с формулами и вычислениями. Так было и на этот раз.
Когда на экране появился какой-то новый расчет, Чаплыгин заметил угрюмо:
— Николай Егорович, у вас коэфициент не тот!
— Как не тот? — всполошился Николай Егорович, подбегая к экрану. — Разве не тот?.. Да, действительно, не тот, — согласился он, заметив ошибку. Забыв, что перед ним не доска, а экран, послюнил пальцы и стал стирать световую, формулу.
Чаплыгин являет собой по типу мышления «тип чистого аналитика» в противоположность Жуковскому, который был чистым геометром. Математика для Чаплыгина была искусством построения для построения. Оставаясь полным хозяином в своей области, он не мешался в чужие. Делать практические выводы, производить опыты он предоставлял другим.
Чаплыгин начал с разработки математических идей своего учителя, высказанных им попутно в курсе гидродинамики, и до конца жизни оставался чистым теоретиком, «лучом света для практиков», но не практиком, которым он удивлялся не менее, чем удивлялись они ему.
Чаплыгин имел счастье, не часто выпадающее тем, кто пролагает новые пути в науке или искусстве, дожить до времени, когда даже далеко заглядывающие вперед его работы получили огромное признание и нашли практическое приложение в современном авиастроении.
Свою докторскую диссертацию Чаплыгин писал летом 1901 года. Он поставил себе целью разработать метод для решения задачи на обтекание тел газовым потоком с образованием срыва струй. В решении такого рода задач в те времена техника не нуждалась, потому что исследования Чаплыгина относились к очень большим скоростям движения тел в газовом потоке.
Еще до своей диссертации в статье «О некоторых случаях движения твердого тела в жидкости» Чаплыгин показал, что воздух можно сравнивать с несжимаемой жидкостью лишь до тех пор, пока скорость движущегося тела будет значительно меньше скорости распространения звука в воздухе, то есть меньше тысячи километров- в час. При скоростях, близких к звуковым, законы сопротивления в газовой среде будут резко отличаться от законов сопротивления в жидкой среде, так как сжимаемость воздуха будет влиять на обтекание тела. С крыла самолета движущиеся со скоростью звука струи воздуха будут срываться иначе, чем это можно рассчитать на основании формул Жуковского.
В своей диссертации Чаплыгин дал гениальное по простоте решение задачи расчета сопротивления сверхскоростных самолетов. Он доказал, что если вычислена скорость и направление струй в несжимающейся жидкости, то для газа следует применить те же формулы, в которые вводятся только некоторые дополнительные множители.
Сейчас, когда в авиации достигнуты скорости, близкие к звуковым, и часть воздуха, обтекающего самолет, движется со скоростью, даже большей, чем скорость звука, нет надобности объяснять колоссальное значение работы. Чаплыгина. Но кто мог оценить эту работу сорок лет назад, когда ни один аэроплан еще не подымался в воздух и не было ни одной области техники, которая могла бы воспользоваться гениальным решением молодого ученого?
Докторскую степень Чаплыгину присудили, но из лиц, присутствовавших на защите диссертации, кажется, только один К. А. Тимирязев почувствовал всю глубину мысли докторанта. Человек, одаренный необыкновенной чуткостью в делах науки, ученый, первый назвавший И. О. Павлова «великим русским физиологом», Тимирязев, поздравляя Чаплыгина, сказал ему:
— Я не понимаю всех деталей вашего исследования, которое лежит далеко от моей специальности, но я вижу, что оно представляет вклад в науку исключительной глубины и ценности. Чутье не обмануло Тимирязева: через сорок лет столь отвлеченная для своего времени работа Чаплыгина помогает строить скоростные самолеты.
Одна за другой научные работы Чаплыгина приносили ему ученые степени, премии, медали, известность.
Разными путями идя к одной и той же цели, Жуковский и Чаплыгин необыкновенно удачно дополняли друг друга при совместной работе. В конце 1909 года Жуковский сделал доклад «О причинах образования подъемной силы крыла самолета» на очередном съезде естествоиспытателей. На докладе присутствовал и Чаплыгин.
Жуковский объяснил, как возникает подъемная сила крыла, и вывел формулу, позволяющую рассчитывать силы, действующие на крыло. Но в эту формулу входила особая величина — «циркуляция скорости», определить которую, по мнению докладчика, можно было только путем сложных и громоздких опытов.
Слушая своего учителя с полузакрытыми, по обыкновению, глазами, Чаплыгин неожиданно пришел к мысли, что эту величину можно вычислить и без экспериментов, не вставая из-за стола, чисто аналитическим путем. Жуковский заинтересовался этим предложением. Чаплыгин изложил ему ход своих мыслей. В результате совместной работы ученые создали законченный метод определения подъемной силы крыла самолета. Этот метод вошел в мировую практику, и авиаконструкторы пользуются им до сегодняшнего дня.
Жуковский, как мы уже знаем, первым из всех ученых определил путем вычислений рациональную форму крыла самолета. В 1914 году Чаплыгин опубликовал «Теорию решетчатого крыла», а в 1921 году—«Схематическую теорию разрезного крыла». Эти работы заложили основы теории механизации крыла. Крылья на первых аэропланах были устроены очень просто и представляли несущие плоскости, неподвижно скрепленные с самолетом. Они не имели ничего общего с тем сложным и гибким механизмом, какой представляет крыло птицы.
Чаплыгин, развивая общую теорию «разрезного крыла» показал, что если сделать крыло в форме разрезанной на части дуги круга, то подъемная сила крыла при раздвинутых частях — «перьях» — будет больше, чем при сдвинутых. Исследования Чаплыгина объяснили действия предкрылков, закрылков и щитков, которые теперь делаются на крыльях всех самолетов. Эти приспособления дают возможность увеличить подъемную силу крыла «раздвиганием перьев» при посадке самолета. Оттого, что подъемная сила крыла становится больше, самолет удерживается в воздухе и при меньшей скорости. Таким образом, закрылки, предкрылки и щитки позволяют уменьшать посадочную скорость самолета. А чем меньше посадочная скорость, тем легче летчику стремительной машины приземлить свою стальную птицу,
В результате работ Чаплыгина крыло современного самолета с добавочными подвижными «перьями» — предкрылками, закрылками, элеронами, щитками — представляет собой сложный механизм, превосходящий по гибкости крыло живой птицы.
Днем рождения авиации считается обычно 17 декабря 1900 года, когда взлетел первый самолет братьев Райт. До этого мало кто и слышал о больших подготовительных работах, которые велись для того, чтобы осуществить вековечную мечту человечества. А такие работы велись задолго до первого полета братьев Райт во многих странах и многими людьми.
При этом русская авиация шла своим собственным, уверенным путем.
Именно Россия выдвинула прежде других стран творцов научной авиации в лице Жуковского, Циолковского и старейшего исследователя в этой области Джевецкого. С. К. Джевецкий еще в 1884 году сделал в Русском техническом обществе замечательный доклад по теории полета птиц, назвав его «Аэропланы в природе».
Но настоящим творцом в научной и практической авиации стал Жуковский. Среди других его работ исследования по авиации всегда занимали большое место. К концу же его долгой и плодотворной жизни авиация была уже главным делом Жуковского.
Ленин назвал Жуковского «отцом русской авиации». Жуковский создал школу русских аэродинамиков.
После Октябрьской революции Николай Егорович сумел сделать немногие оставшиеся ему годы жизни годами самого плодотворного, самого напряженного творчества.
Семидесятилетний старик, он не только не отгородился своим возрастом от невзгод первых лет революции и гражданской войны, — он не утаил от революционного народа ни одного -дня, ни одного часа. В годы нищеты и разрухи, все тот же величавый и сосредоточенный, ранним утром он шел пешком по занесенным снегом улицам в училище, потом через весь город в университет — и часто для того, чтобы прочесть лекцию трем-четырем студентам.
Мысль В. И. Ленина о необходимости создания научно-исследовательских институтов нашла в Жуковском вдохновенного исполнителя. Вместе с одним из своих учеников он первый прошел в Высший совет народного хозяйства и представил проект Института аэродинамики и гидродинамики.
Это был знаменитый ныне ЦАГИ— крупнейший в мире творческий центр борцов за покорение воздушного океана. ЦАГИ был создан в декабре 1918 года декретом, подписанным Лениным. И до самой смерти — до 17 марта 1921 года — Николай Егорович стоял во главе этого института, носящего теперь его имя.
А после смерти учителя работу по расширению института продолжал Чаплыгин.
Он построил его здания, организовал его экспериментальное хозяйство и придал его делам единое авиационное направление. После того как закончился период организации, Чаплыгин отошел от руководства и посвятил свой труд и время теоретической науке и аэродинамической лаборатории ЦАГИ, на двери которой значилось: «Аэродинамическая лаборатория имени С. А. Чаплыгина».
Чаплыгин в полной мере использовал созданные советской властью условия для неограниченного развития науки. Подобно своему великому учителю, со щедростью гения бросал он семена в благодатную почву, и сеятели были достойны своей земли: мы знаем теперь военную мощь и мирное значение русской авиации.
Награжденный званием Героя социалистического труда, Сергей Алексеевич до последних дней своей жизни работал в полную меру своих сил.
Он умер 8 сентября 1942 года в Новосибирске.
За несколько дней до смерти он спокойно и обстоятельно обсуждал различные практические мероприятия по ускорению строительства аэродинамической лаборатории в Новосибирске. В березовой роще, перед входом в лабораторию, был похоронен первый ученик Жуковского.
В разные периоды своей ученой деятельности Жуковский занимался и вопросом о прочности велосипедного колеса, и вопросом о наивыгоднейшем угле наклона аэроплана, и вопросом о рациональной форме корабля. С исчерпывающей полнотой и даже с показом механических моделей он отвечал к на вопрос, почему кошки при падении всегда падают на лапы, и на вопрос о коэфициенте полезного действия человеческого организма, и на вопрос, почему из фабричных труб дым выходит клубами, и на тысячу других вопросов, больших и маленьких. Он делал доклады и о парении птиц, и о движении прямолинейных вихрей, и о сопротивлении воздуха при больших скоростях, и о движении вагонов по рельсам, и о снежных заносах, и о ветряных мельницах, и о качке кораблей, и о множестве других разнообразных вещей, которые служили ему только поводом для теоретических построений огромного и широчайшего значения.
Педагогическая деятельность Жуковского совсем не была похожа на выполнение обязанностей, дававших материальную возможность заниматься научной работой. Нет, то была составная часть научных занятий, и, может быть, поэтому Николай Егорович не отделял своей работы от работы учеников и даже не видел существенной разницы между ними.
Иногда он приносил в аудиторию клочок живой природы, вроде маленькой птички, которую демонстрировал слушателям, чтобы они могли разобраться в условиях взлета. Птичка находилась в стеклянной банке и должна была наглядно показать, что, не имея площадки для разбега, подняться в воздух нельзя.
Николай Егорович снял с банки крышку и предоставил птичке выбраться наружу, показывая непреложность теории. Некоторое время птичка действительно не могла взлететь, в полном соответствии с привычными представлениями. Но, не имея нужной для взлета площадки, птичка стала делать спирали по стенке банки и к всеобщему восхищению взлетела под потолок.
Учитель рассмеялся вместе с учениками:
— Эксперимент дал неожиданный, но поучительный результат: площадку может заменить спираль, а нам это не пришло в голову.
Жуковский, очевидно, понимал или чувствовал, каким грубым препятствием для движения творческой мысли является привычное мышление, как трудно, даже изощренному уму, прервать течение привычных представлений и дать место иным, неожиданным и новым. Оттого-то он и прибегал постоянно к живой природе с ее поучительным непостоянством, с ее огромным запасом еще не раскрытых тайн, не обнаруженных возможностей.
Над зеленым лугом летали стрелы его арбалета с винтом, когда он занимался измерением и вычислением времени полета, Но проселочным дорогам взад и вперед мелькал его велосипед с большими крыльями, когда он изучал сопротивление воздуха. Живая природа открывала тайны аэродинамики этому пророку авиации, предсказавшему мертвую петлю за двадцать лет до того, как ее совершил летчик Нестеров. В саду имения Орехова под яблонями Жуковский чертил на песке свои формулы, когда врачи запретили ему работать, а родные заставляли подолгу гулять...
Излагая результаты своих работ для широкой публики, Жуковский часто обходился без формул, трудных рядовому читателю, даже там, где другой ученый непременно прибег бы к длиннейшим и сложнейшим вычислениям.
Великий русский инженер, он не строил машин, но чутье конструкций у него было необычайное.
Проф. В. Г. Голубев вспоминает такой случай. Однажды Николай Егорович получил письмо от молодого инженера, который обращался к великому механику с просьбой о технической помощи. На заводе, где работал инженер, у одной машины поломался коленчатый вал. Изготовить другой вал своими средствами завод не мог. На передачу заказа другому заводу потребовалось бы много времени. Везти вал для исправления из-за распутицы было невозможно. В этих обстоятельствах инженер и просил Жуковского, как это часто тогда делали практики машиностроения, придумать, как помочь беде.
Николай Егорович через день ответил инженеру приблизительно в таких словах:
— Я машины не видел, назначение ее мне не ясно, по каталогу, присланному вами, разобраться трудно. Но, судя по приложенной, вами схеме, в машине действуют снизу такие-то и такие-то силы, а сверху — такие-то и такие-то. При этих условиях для меня совершенно очевидно, что коленчатый вал выгоднее заменить шестернями, которые вы легко можете изготовить у себя на заводе.
Инженер подумал, рассчитал и последовал совету ученого теоретика. Шестерни были быстро изготовлены, поставлены и оказались, как и думал Николай Егорович, более выгодными, чем вал: машина стала работать лучше, и на заводе все удивлялись только тому, как это иностранная фирма, выпускавшая машины, не сообразила ставить шестерни вместо коленчатого вала.
В те годы, когда создавалась русская аэродинамическая школа во главе с Н. Е. Жуковским, теоретическая механика была не чем иным, как прикладным отделом математики. Жуковский одним из первых показал, что в современной теоретической механике опираться лишь на математический метод невозможно, что для познания мира с точки зрения механики, движения так же нужен научно поставленный эксперимент, как и во всех иных областях естествознания.
Дальнейшее развитие науки подтвердило правильность взгляда Жуковского, хотя в его время находилось очень мало ученых, державшихся того же мнения. Жуковскому принадлежит честь создания первых лабораторий по механике в Московском университете и в Московском высшем техническом училище, лабораторий со сложной аппаратурой, с научно поставленными опытами и измерениями. Теперь такие лаборатории не редкость: они имеются «во всех крупных научных центрах Европы и Америки, но родиной их, несомненно, является Россия.
Нет почти ни одной области механики, в которую бы великий ученый не сделал крупнейшего вклада своими работами, однако наибольшую известность и практическую ценность приобрела его научная деятельность в области авиации.
Жуковский разработал теоретические основы авиации и расчета самолетов и, главное, сделал это в те времена, когда строители первых самолетов твердили, что «самолет не машина, его рассчитать нельзя», когда среди широких кругов специалистов господствовало убеждение, что никакие теоретические соображения не применимы к механике столь непостоянной среды, как воздух, и что авиацию можно строить только на данных опыта и практики. Директор леткой школы в Лозанне, Рикардо Броцци, например, писал:
«Аэродинамика, бесспорно, есть наука, основанная на опыте. Все заслуживающие доверия законы являются и должны быть указаниями действительного опыта. Her ничего более опасного, как применять математический аппарат с целью достичь построения этих законов».
Эта наивные строчки были напечатаны в труде Броцци в том самом 1916 году, когда на французском языке появилась работа Жуковского: «Теоретические основы воздухоплавания», решительно опровергающая утверждение директора авиационной школы. Но Жуковский слишком широко шагал впереди своего времени, и за ним можно было только поспевать, а никак не итти вровень.
 |
| Еще да того, как взлетел первый самолет, Н. Е. Жуковский начертил схему «мертвой петли». |
То же можно сказать и о явлениях, связанных с движением жидкостей при воздействий на них каких-нибудь сил. Именно полнейшая неуловимость законов воды и воздуха заставляла наших предков относиться к ним как к стихийным силам природы, не постижимым уму и не подвластным человеку.
До последнего времени, человечество не знало многих законов аэродинамики и гидродинамики, определяющих поведение воздуха и жидкостей в связи с действующими на них силами. Поэтому в течение тысячелетий, несмотря на множество смелых, но наивных попыток, человек не смог подняться на воздух, но сделал это тогда, когда были разрешены основные вопросы аэро-гидродинамики, установлены основные законы движения тел в воде и воздухе.
Одна из важнейших закономерностей аэро-гидродинамики была установлена еще в восемнадцатом веке голландским ученым и членом Петербургской Академии наук Даниилом Бернулли. Он установил связь между давлением и скоростью в каждой точке струи тяжелой жидкости.
Воздух, подобно жидкости, давит на поверхность каждого тела, с которым он соприкасается, причем давление в каждой точке перпендикулярно к поверхности тела. Такое давление называется статическим давлением, или просто давлением. Статическим давлением является атмосферное давление: воздух, как известно, имеет вес и довольно значительный — каждый литр его весит более грамма. На каждый квадратный сантиметр поверхности земли давит воздушный столб такого же сечения, весом около килограмма. Это и есть пример статического давления.
Скорость, вернее, живая сила текущей воды или воздуха, может быть преобразована в давление на поверхность тела. В отличие от статического давления такое давление называется динамическим давлением, или скоростным напором. Если в стакан с водой подуть с достаточной силой, то вода выплеснется через край.
Так вот, Бернулли установил, что для каждой точки струи жидкости, не обладающей вязкостью, сумма скоростного напора. и статического давления остается величиной постоянной. Иначе говоря, там, где увеличивается скоростной напор, уменьшается давление и, наоборот, там, где уменьшается скоростной напор, увеличивается давление. Закон этот, как выяснилось позднее, одинаков и для жидкостей и для газов.
Стоит нам только усвоить этот основной закон, одинаковый для воды и воздуха, как многие аэро-гидродинамические загадки легко разрешаются. Возьмем, например, два листка бумаги, слегка выгнув их, и будем держать близко друг к другу выпуклыми сторонами. Казалось бы, что если подуть в пространство между ними, листки должны разойтись. На самом деле листки сближаются выпуклыми сторонами.
Не зная связи между скоростью и давлением, тут ничего нельзя понять. Но закон Бернулли говорит, что увеличение скорости движения воздуха между листками уменьшает давление между ними, в то время как на внешних сторонах листков оно остается неизменным, равным атмосферному. Эта разность давлений и сближает листки.
 |
| Впервые «мертвую петлю» осуществил русский летчик Я. Нестеров. |
Известно, что ветер может сорвать крышу с дома, и если спросить нас каким образом это случается, большинство ответит, что ветер подхватывает крышу снизу и срывает ее, хотя трудно понять, как он может проникнуть под крышу, плотно прилегающую к стене? В действительности дело обстоит совсем не так. Над крышей ветер скоростным напором уменьшает статическое давление, которое под крышей, оставаясь неизменным, становится большим, чем над крышей; разность давлений и срывает крышу.
Любопытно, что до развития аэродинамических знаний крыши зданий рассчитывались на прочность только из учета давления сверху. Возможность давления изнутри никому не приходила в голову, так как срыв крыш при ветре объяснялся неправильно.
Жуковский и в раннюю пору своей научной работы не сомневался в возможности осуществления тысячелетней мечты своего народа и всего человечества. «Птицы летают, почему же человек не может летать?» говорил он.
 |
| Возьмите два листа бумаги, как показано на рисунке и дуньте. Странным образом листы сблизятся друг с другом. |
Доказав возможность создания устойчивых в воздухе летательных аппаратов, Жуковский в новой работе «О наивыгоднейшем наклоне аэропланов» решает задачу о нахождении наивыгоднейшего угла наклона крыльев, что имеет основное значение при проектирований самолета.
Таким образом к тому времени, когда жизнь предъявила к теоретической авиации свои требования, когда состоялись первые полеты, Жуковский, внимательно следивший за всеми новостями в этом деле, оказался во всеоружии тех знаний, которые были нужны для создания теоретических основ авиации.
Как только братьями Райт и затем другими авиаторами были совершены, первые, робкие полеты на аппаратах тяжелее воздуха, тотчас же перед наукой стад вопрос, выдвинутый практической авиацией: откуда берется подъемная сила у крыла и, главное, каким теоретическим способом можно ее выразить?
 |
| Движение пластинки в воде или в воздухе вызывает большие завихрения, чем движения конуса такого же сцепления. |
Если в поток с равномерной скоростью поместить цилиндр, то жидкость будет обтекать его симметрично с обеих сторон. Если же такой цилиндр вращать в неподвижной жидкости, то она будет увлекаться в сторону его вращения, отчего возникает круговой поток вокруг цилиндра. Но что произойдет, если цилиндр будет вращаться в равномерном потоке, а не в неподвижной жидкости? Скорость течения над цилиндром будет тогда равна сумме скоростей равномерно текущего и кругового потоков. Под цилиндром же скорость течения будет равна разности скоростей обоих потоков. Поэтому частицы жидкости будут проноситься над цилиндром много быстрее, чем под ним. По закону Бернулли, с возрастанием скорости потоков давление на цилиндр убывает, значит цилиндр будет испытывать снизу большее давление, или, иными словами, вращение цилиндра в равномерном потоке порождает подъемную силу.
 |
| Вращение цилиндра ѳ потоке жидкости вызывает образование вихрей. |
Эти вихри он назвал «присоединенными», потому что, пока поток течет равномерно, в нем никакой подъемной силы, направленной снизу вверх, не возникает. Но когда к равномерной поступательной скорости потока присоединяется скорость вращающегося вихря, то эта подъемная сила тотчас же появляется.
До сих пор речь шла о потоке жидкости. Но теория «присоединенных» вихрей оказалась приложимой и к поведению самолета в воздухе. Здесь действует также подъемная сила, и она может быть исчислена по той же самой формуле, которая составлена профессором Жуковским для жидких потоков Над крылом аэроплана скорость движения воздуха больше, чем под ним, и поэтому снизу вверх действует такая же подъемная сила, какая получается от «присоединенного» вихря.
Но откуда же, спрашивается, возникает на пути самолета равномерный воздушный поток? И почему неподвижное крыло вызывает в этом потоке такое же действие, как вращающийся цилиндр или вихрь?
Мощный поток в воздухе возникает благодаря работе винта, сообщающего самолету поступательную скорость. А крыло в этом потоке вызывает то же, что и «присоединенный» вихрь, Происходит это потому, что крыло хотя и неподвижно, но зато оно не имеет такой симметричной формы, как вращающийся цилиндр или вихревой столб. Из-за неравномерной формы крыла воздушные струи неравномерно его обтекают: над крылом они располагаются теснее, а под крылом — реже. Скорость струй над крылом поэтому больше, а под крылом выше. Следовательно, по закону Бернулли, возникает разность давлений в воздушных потоках, омывающих крыло самолета. А разность давлений порождает подъемную силу.
Ясно, что скорость потоков будет зависеть от формы крыла. А значит, если удастся найти наиболее выгодную форму крыла, то подъемная сила самолета окажется наибольшей. До тех пор, пока природа подъемной силы самолета была неизвестна ученым, не было способа определять форму крыла с помощью математических вычислений. Открытие профессора Жуковского вооружило авиаконструкторов «математическим аппаратом», а сам Жуковский первый в мире вычислил наилучшую, как говорят, рациональную форму крыла самолета.
Выше мы сказали, что законы, выведенные для потоков жидкости, оказались действительными и для воздушных потоков. Но между жидкостью и газом, между водой и воздухом существует очень важное различие в физических свойствах. Вода, как и всякая жидкость, практически несжимаема, то есть ее объем при повышении давления не изменяется, и на этом свойстве воды основано действие целого ряда гидравлических машин. Воздух же, как и все газы, можно легко сжать, что и делается, например, в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания. Д. И. Менделеев первым пришел к выводу, что данные для сопротивления жидкостей можно все же применять и к воздушной среде, что «опыты с водою дополняют и дополняются опытами с воздухом». Но он предвидел и то, что с достижением очень большой скорости движения тела в жидкости или газе уже придется считаться с различием физических свойств этих сред. Пока самолеты летали со скоростью 100, 200, 300, даже 500 километров в час, это обстоятельство никак не сказывалось на правильности расчетов, исходивших из приложения законов гидродинамики в воздушной среде. И только в наши дни, когда скорости летательных аппаратов приблизились к 1000 километров в час, возникла необходимость учитывать принципиальную разницу между водой и воздухом. Но уже очень давно талантливейший ученик Жуковского, Сергей Алексеевич Чаплыгин, предусмотрел это обстоятельство.
Ближайший преемник Жуковского, Сергей Алексеевич Чаплыгин, в жизни был человеком иного склада. Если он и напоминал учителя, то только своей добротой, да и то скрытой под внешней суровостью.
Жуковский был рассеян. Бывало, что, проговорив целый вечер с молодежью у себя в гостиной или кабинете, гостеприимный хозяин вдруг поднимался, ища свою шляпу, и начинал прощаться бормоча:
— Однако я засиделся у вас, господа. Надо итти, пора...
Чаплыгин любил анекдоты о рассеянности и причудах ученых людей, но сам не только не страдал рассеянностью, но, наоборот, поражал окружающих своей феноменальной памятью на все в мире, до телефонных номеров включительно.
Жуковский объединял вокруг себя людей личным обаянием и умением угадывать талантливого человека, хотя бы еще ничем себя не проявившего. Чаплыгин умел не хуже своего учителя находить талантливых людей, но, кроме того, был отличным администратором и хозяйственником.
Жуковский бесконечно любил живую природу. Чаплыгин был к ней равнодушен. Если он приезжал в дом отдыха, то целыми днями просиживал за шахматами и никуда не выходил.
Жуковский знал названия всех птиц, всех растений, которые попадались ему в деревне. Чаплыгин о реальной природе имел самое общее и весьма смутное представление.
 |
| Николай Егорович Жуковский ставил множество опытов и таким путем открыл, какая сила заставляет самолеты подниматься в воздух. |
Вот почему Жуковского нередко можно было увидеть сидящим в лаборатории на корточках за каким-нибудь опытом. Чаплыгин же только раз в жизни, будучи студентом, пытался, провести какой-то физический опыт, но сделал все так плохо, что больше уже никогда не брался экспериментировать.
Николай Егорович Жуковский всю жизнь решал практические задачи и открывал в частных явлениях общие законы.
Почти все работы Сергея Алексеевича Чаплыгина в момент их появления в печати представлялись чисто теоретическими, не имеющими никакого практического значения. Но с течением времени неизменно оказывалось, что математика в них граничила с техникой или с методами, к ней приложимыми.
 |
| Академик Чаплыгин устанавливал законы, управляющие полетом аэропланов, с помощью математических выкладок. |
Мир отвлеченных идей, какими оперирует математика, полностью поглощал Чаплыгина, и математик он был классический, с огромной памятью и интуицией. Конкретные величины его трогали мало. Давая к каким-нибудь математическим построениям примеры высокой точности, он спокойно приводил такой пример, где точность практически оказывается ненужной, даже смешной. Так, например, он вычислял срок прихода поезда по графику с точностью до одной миллионной доли секунды.
В его присутствии никто не мог сделать ни одной ошибки в математическом построении. Он все знал и все понимал.
Характерный случай произошел однажды о Московском математическом обществе на докладе Жуковского. Жуковский, чтобы не тратить времени на писание чисел и формул, имел обыкновение показывать на экране заранее заготовленные стеклышки с формулами и вычислениями. Так было и на этот раз.
Когда на экране появился какой-то новый расчет, Чаплыгин заметил угрюмо:
— Николай Егорович, у вас коэфициент не тот!
— Как не тот? — всполошился Николай Егорович, подбегая к экрану. — Разве не тот?.. Да, действительно, не тот, — согласился он, заметив ошибку. Забыв, что перед ним не доска, а экран, послюнил пальцы и стал стирать световую, формулу.
Чаплыгин являет собой по типу мышления «тип чистого аналитика» в противоположность Жуковскому, который был чистым геометром. Математика для Чаплыгина была искусством построения для построения. Оставаясь полным хозяином в своей области, он не мешался в чужие. Делать практические выводы, производить опыты он предоставлял другим.
Чаплыгин начал с разработки математических идей своего учителя, высказанных им попутно в курсе гидродинамики, и до конца жизни оставался чистым теоретиком, «лучом света для практиков», но не практиком, которым он удивлялся не менее, чем удивлялись они ему.
Чаплыгин имел счастье, не часто выпадающее тем, кто пролагает новые пути в науке или искусстве, дожить до времени, когда даже далеко заглядывающие вперед его работы получили огромное признание и нашли практическое приложение в современном авиастроении.
Свою докторскую диссертацию Чаплыгин писал летом 1901 года. Он поставил себе целью разработать метод для решения задачи на обтекание тел газовым потоком с образованием срыва струй. В решении такого рода задач в те времена техника не нуждалась, потому что исследования Чаплыгина относились к очень большим скоростям движения тел в газовом потоке.
Еще до своей диссертации в статье «О некоторых случаях движения твердого тела в жидкости» Чаплыгин показал, что воздух можно сравнивать с несжимаемой жидкостью лишь до тех пор, пока скорость движущегося тела будет значительно меньше скорости распространения звука в воздухе, то есть меньше тысячи километров- в час. При скоростях, близких к звуковым, законы сопротивления в газовой среде будут резко отличаться от законов сопротивления в жидкой среде, так как сжимаемость воздуха будет влиять на обтекание тела. С крыла самолета движущиеся со скоростью звука струи воздуха будут срываться иначе, чем это можно рассчитать на основании формул Жуковского.
В своей диссертации Чаплыгин дал гениальное по простоте решение задачи расчета сопротивления сверхскоростных самолетов. Он доказал, что если вычислена скорость и направление струй в несжимающейся жидкости, то для газа следует применить те же формулы, в которые вводятся только некоторые дополнительные множители.
Сейчас, когда в авиации достигнуты скорости, близкие к звуковым, и часть воздуха, обтекающего самолет, движется со скоростью, даже большей, чем скорость звука, нет надобности объяснять колоссальное значение работы. Чаплыгина. Но кто мог оценить эту работу сорок лет назад, когда ни один аэроплан еще не подымался в воздух и не было ни одной области техники, которая могла бы воспользоваться гениальным решением молодого ученого?
Докторскую степень Чаплыгину присудили, но из лиц, присутствовавших на защите диссертации, кажется, только один К. А. Тимирязев почувствовал всю глубину мысли докторанта. Человек, одаренный необыкновенной чуткостью в делах науки, ученый, первый назвавший И. О. Павлова «великим русским физиологом», Тимирязев, поздравляя Чаплыгина, сказал ему:
— Я не понимаю всех деталей вашего исследования, которое лежит далеко от моей специальности, но я вижу, что оно представляет вклад в науку исключительной глубины и ценности. Чутье не обмануло Тимирязева: через сорок лет столь отвлеченная для своего времени работа Чаплыгина помогает строить скоростные самолеты.
Одна за другой научные работы Чаплыгина приносили ему ученые степени, премии, медали, известность.
Разными путями идя к одной и той же цели, Жуковский и Чаплыгин необыкновенно удачно дополняли друг друга при совместной работе. В конце 1909 года Жуковский сделал доклад «О причинах образования подъемной силы крыла самолета» на очередном съезде естествоиспытателей. На докладе присутствовал и Чаплыгин.
Жуковский объяснил, как возникает подъемная сила крыла, и вывел формулу, позволяющую рассчитывать силы, действующие на крыло. Но в эту формулу входила особая величина — «циркуляция скорости», определить которую, по мнению докладчика, можно было только путем сложных и громоздких опытов.
Слушая своего учителя с полузакрытыми, по обыкновению, глазами, Чаплыгин неожиданно пришел к мысли, что эту величину можно вычислить и без экспериментов, не вставая из-за стола, чисто аналитическим путем. Жуковский заинтересовался этим предложением. Чаплыгин изложил ему ход своих мыслей. В результате совместной работы ученые создали законченный метод определения подъемной силы крыла самолета. Этот метод вошел в мировую практику, и авиаконструкторы пользуются им до сегодняшнего дня.
Жуковский, как мы уже знаем, первым из всех ученых определил путем вычислений рациональную форму крыла самолета. В 1914 году Чаплыгин опубликовал «Теорию решетчатого крыла», а в 1921 году—«Схематическую теорию разрезного крыла». Эти работы заложили основы теории механизации крыла. Крылья на первых аэропланах были устроены очень просто и представляли несущие плоскости, неподвижно скрепленные с самолетом. Они не имели ничего общего с тем сложным и гибким механизмом, какой представляет крыло птицы.
Чаплыгин, развивая общую теорию «разрезного крыла» показал, что если сделать крыло в форме разрезанной на части дуги круга, то подъемная сила крыла при раздвинутых частях — «перьях» — будет больше, чем при сдвинутых. Исследования Чаплыгина объяснили действия предкрылков, закрылков и щитков, которые теперь делаются на крыльях всех самолетов. Эти приспособления дают возможность увеличить подъемную силу крыла «раздвиганием перьев» при посадке самолета. Оттого, что подъемная сила крыла становится больше, самолет удерживается в воздухе и при меньшей скорости. Таким образом, закрылки, предкрылки и щитки позволяют уменьшать посадочную скорость самолета. А чем меньше посадочная скорость, тем легче летчику стремительной машины приземлить свою стальную птицу,
 |
| В результате работ академика Чаплыгина крыло современного самолета с добавочными подвижными «перьями» — предкрылками, закрылками, элеронами, щетками — представляет собою весьма сложный механизм. |
Днем рождения авиации считается обычно 17 декабря 1900 года, когда взлетел первый самолет братьев Райт. До этого мало кто и слышал о больших подготовительных работах, которые велись для того, чтобы осуществить вековечную мечту человечества. А такие работы велись задолго до первого полета братьев Райт во многих странах и многими людьми.
При этом русская авиация шла своим собственным, уверенным путем.
Именно Россия выдвинула прежде других стран творцов научной авиации в лице Жуковского, Циолковского и старейшего исследователя в этой области Джевецкого. С. К. Джевецкий еще в 1884 году сделал в Русском техническом обществе замечательный доклад по теории полета птиц, назвав его «Аэропланы в природе».
Но настоящим творцом в научной и практической авиации стал Жуковский. Среди других его работ исследования по авиации всегда занимали большое место. К концу же его долгой и плодотворной жизни авиация была уже главным делом Жуковского.
Ленин назвал Жуковского «отцом русской авиации». Жуковский создал школу русских аэродинамиков.
После Октябрьской революции Николай Егорович сумел сделать немногие оставшиеся ему годы жизни годами самого плодотворного, самого напряженного творчества.
Семидесятилетний старик, он не только не отгородился своим возрастом от невзгод первых лет революции и гражданской войны, — он не утаил от революционного народа ни одного -дня, ни одного часа. В годы нищеты и разрухи, все тот же величавый и сосредоточенный, ранним утром он шел пешком по занесенным снегом улицам в училище, потом через весь город в университет — и часто для того, чтобы прочесть лекцию трем-четырем студентам.
Мысль В. И. Ленина о необходимости создания научно-исследовательских институтов нашла в Жуковском вдохновенного исполнителя. Вместе с одним из своих учеников он первый прошел в Высший совет народного хозяйства и представил проект Института аэродинамики и гидродинамики.
Это был знаменитый ныне ЦАГИ— крупнейший в мире творческий центр борцов за покорение воздушного океана. ЦАГИ был создан в декабре 1918 года декретом, подписанным Лениным. И до самой смерти — до 17 марта 1921 года — Николай Егорович стоял во главе этого института, носящего теперь его имя.
А после смерти учителя работу по расширению института продолжал Чаплыгин.
Он построил его здания, организовал его экспериментальное хозяйство и придал его делам единое авиационное направление. После того как закончился период организации, Чаплыгин отошел от руководства и посвятил свой труд и время теоретической науке и аэродинамической лаборатории ЦАГИ, на двери которой значилось: «Аэродинамическая лаборатория имени С. А. Чаплыгина».
Чаплыгин в полной мере использовал созданные советской властью условия для неограниченного развития науки. Подобно своему великому учителю, со щедростью гения бросал он семена в благодатную почву, и сеятели были достойны своей земли: мы знаем теперь военную мощь и мирное значение русской авиации.
Награжденный званием Героя социалистического труда, Сергей Алексеевич до последних дней своей жизни работал в полную меру своих сил.
Он умер 8 сентября 1942 года в Новосибирске.
За несколько дней до смерти он спокойно и обстоятельно обсуждал различные практические мероприятия по ускорению строительства аэродинамической лаборатории в Новосибирске. В березовой роще, перед входом в лабораторию, был похоронен первый ученик Жуковского.
Комментариев нет:
Отправить комментарий