Чаплыгин
Шрифт:
Жаждавшая непосредственной деятельности молодежь испробовала свои силы, построив планер. Честь первого полета на планере студенты предоставили Андрею Николаевичу Туполеву. В постройке планера он принимал живейшее участие, и всем казалось тогда само собой разумеющимся, что тот, кто может строить летательные машины, может и управлять ими.
Зимой планер из училища переправили через Яузу и подняли его на косогор в Лефортовском парке. Туполев шел за планером, держась руками за два бруска. Студенты потащили планер за веревку. Планеристу пришлось некоторое время бежать, держась за бруски. Нельзя сказать, чтобы у него была большая уверенность в том, что планер взлетит. Но он взлетел, земля ушла
Испробовав свои силы с планером, кружок решил взяться за строительство самолета. Но на постройку самолета нужны были средства. Сергей Алексеевич предложил им устроить воздухоплавательную выставку по случаю XII съезда естествоиспытателей и врачей.
Предложение встретили с восторгом и начали готовиться.
В декабре выставка открылась и имела большой успех. В скромном вестибюле филологического корпуса Московского университета висел планер Ю. А. Меллера — спортсмена и владельца велосипедного завода «Дукс», первым в России начавшего вскоре постройку самолетов: В чертежной математического корпуса красовался планер Лилиенталя, подаренный им Жуковскому. На столах были расставлены модели аппаратов Райт и Вуазена, изготовленные кружковцами.
Члены кружка принимали живейшее участие в заседаниях съезда и в деятельности, секции воздухоплавания. Здесь они познакомились с работами кучинской лаборатории и с лабораторией университета. Доклады, читавшиеся на заседаниях секции, сводились к тому, что в области аэродинамики невозможно идти вперед без хорошо поставленных и точных экспериментальных исследований.
Первый, естественно возникавший у всех вопрос был о том, каким образом образуется подъемная сила, действующая на крыло летящего самолета. Никакого теоретического объяснения этому не было.
Представляя жадным слушателям картину общего состояния аэродинамики в данный момент, Николай Егорович остановился на главном вопросе: откуда берется подъемная сила у аэроплана и как теоретически ее можно выразить?
— Два обстоятельства чрезвычайно упростили решение этой трудной задачи, — говорит он. — Во-первых, в своей докторской диссертации Чаплыгин доказал, что при скоростях течения, значительно меньших скорости звука, можно пренебречь сжимаемостью воздуха и заменить задачу об обтекании крыла газом задачею об обтекании крыла жидкостью. Переход от задачи аэродинамики к задаче гидродинамики чрезвычайно упрощал вопрос: вместо очень сложных уравнений, определяющих течение газа, он позволял применять гораздо более простые уравнения движения жидкости. Во-вторых, ни в одном исследовании сил, действующих на погруженное в поток жидкости тело, не говорилось, что происходит позади обтекаемого тела в сопровождающей его кильватерной струе. Для длинного крыла, поставленного под очень малым углом атаки, кильватерная зона, как показали наблюдения, оказывалась чрезвычайно узкой. Можно считать, что крылообразное тело обтекается потоком плавно, без образования за телом срыва струй и кильватерной зоны с очень неправильным течением жидкости.
В классическом мемуаре «О присоединенных вихрях» Жуковский выяснил обстоятельства, при которых получается подъемная сила, или, как иногда говорили, «сила Жуковского», действующая на обтекаемое тело, и нашел для нее простое и законченное выражение: поддерживающая сила плоскопараллельного потока несжимаемой жидкости для погруженного в поток контура равна произведению плотности жидкости на циркуляцию вокруг контура и на скорость потока на бесконечности.
Выясняя перед собравшимися в аудитории слушателями и гостями физические причины происхождения поддерживающей или подъемной силы, Николай
— Для простоты предположим, что контур представляет собой некоторую окружность и что вокруг этой окружности существует циркуляционное течение жидкости по часовой стрелке с постоянною скоростью: тогда циркуляция будет равна скорости этого течения, умноженной на длину окружности. Предположим теперь, что на эту же окружность набегает из бесконечности поток жидкости, текущей слева направо. Очевидно, вдоль верхней полуокружности оба течения будут направлены в одну сторону, и потому их скорости будут складываться. Вдоль же нижней полуокружности оба течения будут направлены в прямо противоположные стороны, и потому их скорости будут вычитаться… В результате скорость движения жидкости вдоль верхней полуокружности будет больше скорости движения жидкости вдоль нижней полуокружности.
Заканчивая одновременно чертеж, Николай Егорович напомнил:
— Так как из механики всем известно, что давление жидкости там больше, где скорость жидкости меньше, то отсюда ясно, что давление жидкости на верхнюю полуокружность будет меньше давления жидкости на нижнюю полуокружность, иначе говоря, на окружность будет действовать сила, направленная снизу вверх, которая и называется поддерживающей, или подъемной, силою!
Жуковский часто повторял, что «математическая истина может быть объяснена каждому», но при этом подчеркивал — «желающему ее понять», и потому никогда не позволял себе нисходить до вульгаризации, до замены точных математических терминов разговорным жаргоном, всеобъемлющим просторечием.
Объяснив, как возникает подъемная сила крыла, и выведя на доске формулу, позволяющую рассчитывать силы, действующие на крыло, Николай Егорович признался, что практически пользоваться его теоремой еще нельзя, так как входящую в формулу величину циркуляции теоретически определить невозможно.
— Единственный способ определения этой величины — экспериментальный, — слабо улыбаясь, сказал он, — но для того, чтобы провести такой эксперимент, очевидно, нужно иметь аэроплан, иначе говоря — нужно сначала построить его, а потом уже рассчитывать…
Шутка имела успех, и докладчик был награжден шумными аплодисментами.
Не аплодировал только Чаплыгин.
Слушая своего учителя с полузакрытыми, по обыкновению, глазами, он неожиданно пришел к мысли, что эту величину можно вычислить и без экспериментов, не вставая из-за стола, чисто аналитическим путем.
Идея, положенная Чаплыгиным в основу решения задачи об определении величины циркуляции, восходит к положению, что при реальном течении скорости не могут быть ни в какой точке бесконечно большими.
Исследователями, наблюдавшими скорость частиц воздуха, обтекающих крыло сверху и снизу, было замечено, что скорости на верхней поверхности крыла больше, а на нижней поверхности — меньше скорости движения крыла. Происходит это потому, что давление воздуха на верхней поверхности крыла при его движении меньше атмосферного, а на нижней — больше.
— Разность давлений сверху и снизу крыла при его движении дает подъемную силу, — сказал Сергей Алексеевич Жуковскому, отведя его в сторону после доклада. — Здесь и решение всего вопроса. Следовательно, увеличивая скорость частиц воздуха на верхней поверхности крыла и уменьшая ее на нижней, можно увеличить подъемную силу. Теоретически это можно сделать, присоединяя к равномерному потоку добавочный, циркулирующий вокруг крыла так называемый циркуляционный ноток. В действительности это и происходит, когда добавочный циркуляционный поток выбран конструктором так, что частицы воздуха плавно стекают с верхней поверхности у задней острой кромки крыла.