История воздухоплавания и авиации в России (июль 1914 г. - октябрь 1917 г.)
Шрифт:
В разгар войны Н. Е. Жуковский опубликовал вторую часть книги "Динамика аэроплана в элементарном изложении". Эта работа также увидела свет благодаря В. П. Ветчинкину, который по записям восстановил лекции Николая Егоровича, позже вошедшие в его собрание сочинений под названием "Элементарная теория устойчивости аэропланов". В этом труде ученый исследует законы тяги винта. Он устанавливает графики полета самолета с работающим винтом, в основе которых было сложение "силы тяги винта с силой сопротивления воздуха и в поворачивании кривой Лилиенталя так, чтобы противодействующая этих двух сил пошла по вертикальному направлению". Благодаря разработанным Н. Е. Жуковским методам стало возможным легко определять скорость полета и силу тяги винта, наивыгоднейший угол атаки, "при котором аэроплан данного веса может летать горизонтально при наименьшей силе тяги винта". Было дано понятие экономического угла атаки, "при котором аэроплан данного веса может летать горизонтально, затрачивая наименьшую работу".
Зарубежные ученые, заимствовав разработанный Жуковским метод аэродинамического расчета самолета — "метод тяг и мощностей", дали ему название "кривых
В 1917 г. Николай Егорович подготовил к печати работу "Исследование устойчивости конструкции аэропланов", Этим трудом была завершена огромная работа по созданию стройной теории динамики полета.
Много времени и сил отдал Жуковский во время войны созданию воздушного винта с большим коэффициентом полезного действия. Эффективно преобразовать энергию двигателя в энергию тяги можно только при наличии правильно рассчитанного винта. Начиная с теоретических работ С. К. Джевецкого и Н. Е. Жуковского по теории винта, опубликованных еще в конце прошлого столетия, русские ученые шли в этой области впереди западноевропейских деятелей авиационной науки. В стенах Кучинского института и аэродинамической лаборатории Московского высшего технического училища у Жуковского сложилась новая гидродинамическая теория винта. В докладе на XII съезде естествоиспытателей и врачей в 1909 г. ученый коснулся некоторых положений этой теории. Позднее он опубликовал первую статью под названием "Вихревая теория гребного винта" [150] , где впервые показал, что работа винта связана с образующимися за ним вихрями. Другими словами, Николай Егорович распространил на воздушный винт, на его практические расчеты по элементам, свою теорию, изложенную в работе "О присоединительных вихрях".
150
Труды Отделения физических наук, т. XVI, вып. 1, 1912.
В 1914–1915 гг. Н. Е. Жуковский опубликовал вторую и третью части "Вихревой теории гребного винта". Последняя часть этого исследования была издана позднее литографским способом в трудах Авиационного расчетно-испытательного бюро и завершила большой труд по созданию стройной научной теории гребного винта. Эта теория охватывает все случаи работы винтов и все ее разновидности. Жуковский вывел единые формулы и теоремы для воздушных и несущих винтов-вентиляторов и винтов-ветряных двигателей. Его теория лежит в основе построения современных осевых вентиляторов и компрессоров. С. А. Чаплыгин говорил: "Своей работой "Вихревая теория гребного винта" Николай Егорович дал решение задачи, не поддававшейся исследованию целое столетие, несмотря на усилия теоретиков и экспериментаторов всех стран. Он намного опередил иностранных ученых, которые ко времени появления его заключительной четвертой части работы (1918 г.) еще спорили о самой постановке задачи" [151] .
151
Чаплыгин С. А. Отец русской авиации, "Самолет", 1941, № 3, с. 7.
Теоретические открытия русского ученого позволили создать винт НЕЖ, который в период войны был принят для русской авиации. После испытаний в лаборатории Эйфеля его стали строить в союзных России странах. До сих пор на основе теории Н. Е. Жуковского проектируются и выпускаются воздушные винты для самолетов. Его ученики Б. Н. Юрьев и В. П. Ветчинкин развили теорию винта и сделали ее доступной инженерной практике. В. П. Ветчинкин усовершенствовал воздушный винт, созданный Жуковским, и разработал теорию винта с переменной циркуляцией. В результате был создан вариационный винт с высоким коэффициентом полезного действия и учетом прочности лопасти. Б. Н. Юрьев и Г X. Сабинин, работая над вертолетом своей системы, установили наличие осевого потока воздуха, создаваемого воздушным винтом [152] . Н. Е. Жуковский включил это открытие в свой учебник под названием "Теория Сабинина и Юрьева".
152
Сабинин Г. X. Из личных воспоминании о Николае Егоровиче Жуковском. — Техника воздушного флота, 1947, № 1, с. 38–41; Ветчинкин В. П., Н. Е. Жуковский — основоположник русской авиационной науки. — Техника воздушного флота, 1947, № 1, с. 33–34.
Еще в 1898 г. профессор Н. Е. Жуковский разобрал задачу о движении тела под влиянием реактивной силы. Он приложил вычисления величины реактивной тяги и к жидкостно-реактивным двигателям.
Г. X. Сабинин (1916 г.)
Позднее ученый снова вернулся к проблеме реактивного двигателя. Эта работа была проделана для комиссии особых артиллерийских опытов и носила название "Движение волны со скоростью, большей скорости звука". Жуковским были определены условия сопротивления телу, движущемуся со сверхзвуковыми скоростями, впервые введены термины "волна сгущения" и "волна разрежения". Н. Е. Жуковский оставил
Для глубокого изучения теории индуктивного сопротивления, открытой Н. Е. Жуковским, и ее опытной проверки в России не было условий. Имевшиеся аэродинамические трубы обладали незначительной скоростью потока и малым сечением. Попытка С. А. Чаплыгина проверить эту теорию в аэродинамической трубе оказалась неудачной. Для дальнейших успехов авиационной науки требовалось совершенное лабораторное оборудование, а следовательно, крупные капитальные затраты. С великим трудом Жуковскому удалось получить от военного ведомства небольшие средства. Ученый нашел способы усовершенствовать аэродинамическую трубу. Он применил новые приборы, электрические схемы, установил вентиляторы своей системы. В результате при том же электродвигателе скорости потока в трубе увеличились в два раза. Свои выводы по этому вопросу Н. Е. Жуковский опубликовал в "Трудах расчетного бюро" под названием "Насадки и диффузоры аэродинамических труб".
В процессе экспериментов, преследовавших цель построить новую аэродинамическую трубу, было изготовлено несколько небольших моделей труб. В результате этих исследований было выработано понятие "качества трубы". Этот термин предложил Николай Егорович. А. Н. Туполеву удалось показать, что "качество" аэродинамических труб может дойти до 5–6 и более. Усилиями Жуковского и его последователей была спроектирована и построена круглая труба диаметром 1,5 м, установленная в коридоре МВТУ. Одновременно они создали еще более мощную аэродинамическую трубу, имеющую рабочее сечение 3 м. Не имея средств на постройку специальной лаборатории, Жуковский вынужден был смонтировать ее прямо во дворе МВТУ В то время это была крупнейшая в мире труба. Б. Н. Юрьев писал по поводу этой трубы: "… Так ей и не пришлось начать работать; российская промышленность не могла изготовить для нее мотора, и труба была осуждена на бездействие" [153] .
153
Юрьев Б. Н. Жизнь и деятельность Н. Е. Жуковского (1877–1921). — Изв. АН СССР, 1947, № 3, с. 249.
Труды авиационного расчетно-испытательного бюро
Во время первой мировой войны Николай Егорович продолжал читать курс лекций студентам аэромеханической специальности МВТУ и студентам Московского государственного университета. Еще ранее на основе прочитанных лекций, которые стенографировались В. П. Ветчинкиным, был создан первый систематический курс "Теоретические основы воздухоплавания" [154] . В предисловии к нему Жуковский писал, что он старался "связать богатый опытный материал, накопленный аэродинамическими лабораториями, с теоретическим исследованием рассматриваемых задач с помощью основных уравнений гидромеханики и теории вязкости жидкости". В 1916 г. этот курс был переведен С. К. Джевецким на французский язык и издан в Париже. В то время это был единственный учебник в области теории авиации, по которому училось старшее поколение авиаторов. К сожалению, открытия русских ученых долгое время оставались неизвестными за границей. В. П. Ветчинкин писал: "Благодаря трудам Н. Е. Жуковского и С. А. Чаплыгина по теории крыльев и винтов русская аэродинамическая наука вышла на первое место в мире. Но о достижениях русских ученых за границей почти не знали, ссылаясь лишь на те работы, которые были изданы за границей, а результаты, опубликованные в России, открывали заново несколько лет спустя. Болея душой за этот печальный факт, Н. Е. Жуковский в своей речи на съезде в Тифлисе предлагает переводить работы русских ученых на один из иностранных языков" [155] .
154
Ветчинкин В. П. Н. Е. Жуковский — основоположник русской авиационной науки. — "Техника воздушного флота", 1947, № 1, с. 38–41.
155
Ветчинкин В. П. Гордость нашей науки. — Самолет, 1941, № 3, с. 9.
2 Жуковский Н. Е. Соч. М., 1950, т. 6, с. 271–287.
Но еще более печальным было то, что многие научные открытия русских ученых не находили себе применения в России. Когда в разгар войны на фронте появились немецкие свободнонесущие монопланы с толстым профилем крыла, заслуга этого новшества приписывалась немецкому ученому Прандтлю и конструктору Юнкерсу. Между тем теоретическое обоснование крыльев толстого профиля впервые было сделано Н. Е. Жуковским и С. А. Чаплыгиным. Появление в Германии таких крыльев не было случайным явлением. Немцы внимательно следили за успехами русской науки. Накануне войны на немецкий язык была переведена работа Н. Е. Жуковского "О поддерживающих планах аэроплана"2. По словам академика Лейбензона, в ней Жуковским высказано положение, на котором основана вся современная аэродинамика, получившее за границей название "постулата Жуковского". В 1913 г. была опубликована работа Н. Е. Жуковского "О поддерживающих планах типа Антуанетт", в которой обоснована идея толстого профиля крыла. Можно предполагать, что немецкие исследователи и конструкторы были знакомы с этим трудом, когда проектировали самолеты со свободнонесущими крыльями.