Николай Егорович Жуковский — отец русской авиации
Биографии великих людей часто рисуются по одинаковой схеме: в детстве у будущего великого человека уже начинают появляться необыкновенные способности, восхищающие родных и знакомых, затем следует триумфальное шествие к славе, в заключение — спокойная старость в кругу любящих внуков и последователей. На самом деле биографии так же различны, как и сами люди. Примером может служить жизнь великого русского ученого и инженера Николая Егоровича Жуковского.
ПЕРВЫЕ ШАГИ УЧЕНОГО
Начать с того, что этот замечательный математик в начале своей школьной жизни был самым плохим математиком в классе. Однако он упорно занимался и кончил гимназию с медалью.
Говороят, что талант — это прежде всего умение работать. Жизнь Жуковского дает все основания для такого утверждения.
С ранних детских лет (Жуковский родился 17 января 1847 года) он приучался к настойчивым умственным занятиям. В то же время мальчик увлекался чтением фантастических романов. Жюль-верновский «Воздушный корабль» надолго сохранился в библиотеке Жуковского среди серьезных научных книг.
По окончании гимназии в Москве родители рекомендовали юноше поступить в Московский университет. Ему же этого не хотелось. Он писал матери: «Оканчивая университет, нет другой цели, как сделаться великим человеком, а это так трудно: кандидатов на имя великого так много».
По примеру отца, он собирается стать инженером-путейцем. Но чтобы ехать учиться в Петербург, где находился Институт инженеров путей сообщения, нужны деньги, а их-то Жуковским больше всего и нехватало.
И вот 17-летний Жуковский — студент Физико-математического Факультета Московского университета. В стипендии ему отказали. Стесненный материально, он бегал по урокам, подготовливал и издавал лекции, жил более чем скромно. Временами приходилось совсем туго. Тогда он закладывал свою шубу, служившую одновременно одеялом, и бегал зимой в легком пальтишке, которое «не только не греет, — жаловался он, — а ужасно холодит».
Но при всем том ЖЖуковский очень много занимался. Не довольствуясь прохождением обязательного университетского курса, молодой Жуковский занимался в научном математическом кружке. Замечательные университетские профессора — Цингер, Столетов — будили таившуюся в юноше огромную жажду знаний, жажду творческого труда. В 1868 году — 21 года отроду — Жуковский получил степень кандидата математических наук.
Желая получиль и практическое образование, он поступил все-таки в Петербургский институт инженеров путей сообщения. Но будущий великий инженер … провалился на экзамене.
Уйдя из института, он начал педагогическую деятельность— сперва в женской гимназии, я потом в Московском высшем техническом училище. С этого времени в течение полувека — до конца своей жизни — он неутомимо готовил в стенах училища кадры русских инженеров. В педагогической работе выявилась одна из ярчайших сторон многогранного таланта Жуковского.
Однако Жуковский не прекращал ни на один день научную деятельность. Он приступил к изучению кинематики жидкого тела, то есть законов движения жидкостей.
Учение о движении твердого тела к тому времени было уже хорошо разработано. Здесь все было ясно. В механике же жидкостей имелись лишь первые робкие исследования. Полученные формулы не воссоздавали четкой картины движения жидкости и не всегда могли быть применены.
В своей первой крупной работе Жуковский подробно рассмотрел сложнейшее движение частицы в потоке жидкости. Выполнив серьезный математический анализ и разобрав все предшествующие работы других ученых, он удивительно просто, понятно каждому показал, что делается с частицей в потоке жидкости: она продвигается вперед, вращается вокруг оси и изменяет свою форму от шарика к эллипсоиду.
Решение этой задачи принесло молодому человеку степень магистра.
НОВАЯ МЕЧТА
Юный магистр поехал за границу. Он посещал лекции крупнейших ученых, знакомился с инженерами и изобретателями.
Здесь он впервые встретился с авиационными исследователями. В то время не было еще аэропланов. Но мысль человека все упорнее обращалась к этой идее. В разных странах появились исследователи, которые строили модели аппаратов тяжелее воздуха и производили с ними всевозможные испытания.
Профессор Ланглей в Вашингтоне построил летательный прибор, приводившийся в движение паровой машиной
Эти модели приводились обычно в движение небольшими двигателями. Так, например, профессор Ланглей в Вашингтоне построил летательный прибор, приводившийся в движение паровой машиной мощностью в 1 лошадиную силу. На испытаниях этот аппарат—автор назвал его «аэродромом» — пролетел против ветра 160 метров за 1 минуту 46 секунд. Современным авиамоделистам этот результат покажется весьма скромным, но тогда, на заре развития авиации, это было настоящим достижением.
За границей Жуковский наблюдал полеты моделей, построенных европейскими конструкторами. Многое в тайне полета было еще не разгадано. Вернее, здесь все было неясно. Одни загадки. И с этого времени до гробовой доски Жуковским овладела мечта о покорении воздушной стихии.
ПУТЬ К ЗАВОЕВАНИЮ ВОЗДУХА
Он видел, что практически в этой области люди еще ничего не добились. Жуковский забрал много моделей с собой в Москву. Дома разберемся! Привез он с собой и интересную новинку — велосипед французского изобретателя Мишо. Эта машина мало походила на современный велосипед. У нее было огромное переднее колесо с педалями и маленькое — заднее. Чтобы ездить на таком велосипеде, требовалось большое искусство.
В окрестностях деревни Орехово Владимирской губернии, где проводил в 1878 году лето Жуковский, можно было наблюдать любопытное зрелище. По полю на высоком велосипеде ехал бородатый мужчина с… широкими красными крыльями за спиной. Крылья были сделаны из бамбука и обтянуты тканью.
Разъезжая на велосипеде на различных скоростях, Жуковский пытался постичь секрет подъемной силы крыльев. Его интересовало, как она изменяется в разных условиях и на какие части крыльев сильнее действует. Так в сочетании мыслителя и экспериментатора складывался стиль работы великого русского ученого.
Вскоре Жуковский защитил докторскую диссертацию «О прочности движения». К этому времени он уже бесповоротно выбрал свою основную линию в науке. Он работал над самыми разнообразными проблемами своего времени. Но чем бы ему ни приходилось заниматься, его уже не оставляли мысли о полетах.
Из года в год он разрабатывал теорию полета. В ноябре 1889 года в обществе любителей естествознания он изложил «Некоторые соображения о летательных приборах». В январе 1890 года Жуковский появился на трибуне съезда русских врачей и естествоиспытателей с докладом на тему «К теории летания». В октябре 1891 года на заседании Московского математического общества он сделал сообщение «О парении птиц».
В этой последней работе Жуковский, между прочим, доказал возможность осуществления «мертвой петли» на аэроплане. Это было еще до того, как первый самолет взлетел в воздух. Практически «мертвая петля» впервые была осуществлена почти четверть века спустя известным русским летчиком Нестеровым.
Конструкторы во всех странах пытались в слепом подражании птицам найти решение задачи полета человека. Многочисленные изобретатели думали, что, приделав себе крылья, человек сможет подняться в воздух силой своих мускулов. Они забывали, что отношение веса мускулов к весу тела у человека в семьдесят два раза меньше, чем у птицы. Они не считались и с тем, что человек в восемьсот раз тяжелее воздуха, тогда как птица — только в двести раз. И вот все попытки летать, «как птицы», неизменно оканчивались неудачей.
Конструкторы аэропланов слепо подражали птицам, думая, что, приделав себе крылья, человек сможет подняться в воздух силой своих мускулов
Жуковский же видел иные пути развития авиации: «Я думаю, — сказал он, — что человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума».
Он уже видел в своем воображении построенные по законам аэродинамики самолеты, свободно летающие в воздушном океане. Но такие законы еще нужно было найти, а самолеты создать. И творцом аэродинамики — науки о движении тел в воздухе — стал сам Жуковский.
Над летательными аппаратами упорно работали во многих странах. Дальше других пошел инженер и изобретатель Отто Лилиенталь. Стиль его работы напоминал отчасти самого Жуковского: теория в сочетании с экспериментом.
— В технике летания, — говорил Лилиенталь, — слишком много рассуждения и слишком мало опытов. Нужны наблюдения и опыты, опыты и наблюдения.
Лилиенталь создал планер, т. е летательный аппарат без мотора
Лилиенталь внимательно исследовал действие машущих крыльев, старался разгадать тайну парения в небо аистов, испытывал различные плоскости, ставя их под разными углами в воздушном потоке, вел наблюдения восходящих потоков воздуха. Все это позволило Лилиенталю создать планер, то есть летательный аппарат без мотора, поднимавшийся на испытаниях выше места взлета.
Жуковский, познакомившись с Лилиенталем, сразу признал правильность выбранного им пути, а построенный им планер — наиболее выдающимся изобретением в области аэронавтики того времени.
Между двумя исследователями возникла творческая дружба. Жуковский помогал Лилиенталю советами, теоретическими обоснованиями некоторых вопросов. Лилиенталь знакомил Жуковского с практическими результатами своих опытов и подарил ему один из своих планеров. Этот планер впоследствии помог Жуковскому сколотить в Москве круг энтузиастов летного дела.
Но Жуковский смотрел дальше Лилиенталя. Планер он рассматривал лишь как хорошее средство для исследования вопросов летания. Будущее же авиации творец аэродинамики пророчески видел в самолете. За много лет до первого полета братьев Райт на построенном ими аэроплане Жуковский осознал этапы создания этой машины: сначала хорошо изучить планер, затем поставить на него мотор — и тогда человек полетит.
В этом у него была непоколебимая уверенность. В 1898 году он смело провозгласил: «Новый век увидит человека, свободно летающим по воздуху». Никакие неудачи не пугали его, даже многочисленные в то время катастрофы, одной из жертв которых стал сам Лилиенталь. Гибель Лилиенталя «для смелых исследователей воздуха, — говорил Жуковский, —… внушает чувство благоговения к усопшему, но не чувство страха».
ПЕРВЫЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Начало нового, XX века стало и началом новой эры в жизни и работе Жуковского. В 1902 году он построил в Московском университете первую аэродинамическую трубу.
За границей пробовали испытывать модели летательных аппаратов в особых галлереях, сквозь которые при помощи вентиляторов прогонялся воздух. Но нагнетающие вентиляторы создавали завихрения воздуха, которые искажали картину и делали испытания непохожими на условия действительного полета.
Русский ученый поступил иначе. Он заставил вентиляторы не нагнетать, а откачивать воздух из галлереи. Поток воздуха двигался в ней равномерно со скоростью 30 километров в час. Так была создана первая в мире всасывающая аэродинамическая труба. Она была скромных размеров — 75 см в поперечнике. Эта труба послужила затем образцом для целой серии таких приборов, построенных в России и за границей. На базе этой первой своей научной лаборатории Жуковский начал сколачивать группу исследователей-аэродинамиков из студентов университета.
Жуковский заставил вентилятор не нагнетать, а откачивать воздух из галлереи. Так была создана первая в мире всасывающая аэродинамическая труба.
В 1904 году он создал под Москвой, в Кучине, первый в мире институт, специально оборудованный для аэродинамических исследований. Знаменитый Геттингенский аэродинамический институт Прандтля, в Германии, возник лишь через пять лет, имея уже опыт Жуковского.
В Кучинском институте, кроме аэродинамической трубы, было уже и другое оборудование: гидродинамическая лаборатория, физический кабинет, специальный прибор для исследования винтов, мастерские и т. д. Жуковский начал с исследования различных форм аэродинамических труб. Результаты его исследований как раз и помогли Прандтлю и другим зарубежным исследователям при строительстве их лабораторий.
Исследовалось поведение плоскостей в потоке воздуха, изучались воздушные винты. В Кучине был построен первый динамометр для измерения тяги винта.
Параллельно проводилась большая работа по изучению атмосферы. Для этого применялись небольшие шары, которые запускались ввысь с метеорологическими приборами, автоматически записывающими температуру и давление воздуха и другие данные. Подобные шары — зонды, как их называют—применяются для этой цели и теперь.
РОЖДЕНИЕ АВИАЦИИ
Особенное внимание уделялось в Кучинском институте изучению подъемной силы крыла самолета.
Как образуется подъемная сила? Как ее можно рассчитать? Человечество веками тщетно пыталось ответить на эти вопросы, расплачиваясь за свои попытки жизнями лучших своих сынов.
Ответил на эти вопросы Жуковский.
Вокруг крыла самолета, когда он летит, помимо основного встречного потока воздуха, образуется добавочное вихревое движение воздушных частиц. Эти добавочные вихри омывают крыло, создают циркуляцию вокруг него. Если крыло изогнутой формы и имеет вверху выпуклость, то воздушный поток наверху крыла сжимается, а скорость его увеличивается.
Подвесьте два листа бумаги, изогните их, как показано на рисунке, и подуйте в пространство между ними — листы не разойдутся, а сблизятся.
Вспомним известный физический опыт, который так поражал многих из нас на школьной скамье. Мы можем даже повторить его, так как для этого не требуется ничего, кроме двух листов бумаги. Возьмем два листа бумаги и, слегка выгнув их, будем держать близко друг к другу выпуклыми сторонами. Теперь дунем в пространство между ними. Вопреки ожиданию, листы не разойдутся, а сблизятся друг с другом.
Это — наглядное подтверждение известного закона Бернулли. Он характеризует связь между скоростью потока и его давлением на тела, с которыми он соприкасается. Чем выше скорость потока, тем меньше давление, и наоборот. В нашем опыте увеличение скорости движения воздуха между листами уменьшило давление между ними, и листы поэтому сблизились.
Но ведь нечто подобное происходит и с крылом в воздушном потоке. Наверху крыла скорость воздуха увеличивается— значит, по закону Бернулли, давление воздуха уменьшается. Внизу крыла обратная картина: благодаря вогнутости крыла воздушный поток здесь расширяется и скорость его уменьшается, а следовательно, давление увеличивается.
Таким образом образуется разность давлений вверху и внизу крыла. Она-то и создает подъемную силу.
Эту силу можно подсчитать. Для этого, как показал Жуковский, надо знать четыре величины: скорость потока, величину циркуляции, длину крыла и плотность воздуха. Произведение этих величин и даст подъемную силу.
Но чтобы самолет взлетел, должна существовать циркуляция, то есть омывание воздухом крыла. Как же это обеспечить?
Для образования циркуляции необходимо наличие острых кромок у обтекаемого контура. Но их не должно быть много. Плавное обтекание, которое требуется, возможно только в том случае, если у контура не более двух острых кромок. Если же взять именно две кромки, то возникает новое неудобство: хотя плавное обтекание и будет происходить, но не всегда, а лишь при некотором постоянном угле наклона крыла самолета к потоку воздуха, что практически трудно осуществить в полете.
Таким образом, из рассуждений Жуковского вытекает, что наиболее целесообразным для крыла следует признать контур с одной острой кромкой. Но ведь это как раз и есть форма сечения крыла самолета 1946 года: Жуковский нашел ее свыше сорока лет назад.
Результаты этих исследований были сформулированы Жуковским в работе, опубликованной под скромным названием «О присоединенных вихрях» (так как в исследовании шла речь о присоединении к скорости основного потока тех вихрей, которые образуются вокруг крыла).
Теперь аэродинамика стала наукой. С этого дня и поныне во всех учебниках мира по аэродинамике излагается теория Жуковского о подъемной силе. Отныне стал возможен аэродинамический расчет самолета.
Это был действительно великий день для авиации. Именно его следует считать днем рождения авиации. Ведь первый практический полет братьев Райт или любой другой полет был в то время, по существу, только трюком — пусть выдающимся, но все же трюком.
Даже десятки подобных полетов не могли в такой мере способствовать развитию авиации, как это сделала одна формула Жуковского. Теперь не нужно было вслепую изобретать самолеты, их можно было заранее рассчитывать, конструировать по этим формулам.
Жуковский и хотел это сделать. Но хозяин института миллионер Рябушинский «не нашел» денег на постройку опытного самолета, а вскоре вообще заявил, что, по его мнению, все основные проблемы аэродинамики уже выяснены.
Жуковскому пришлось оставить институт.
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ АВИАЦИОННОЙ НАУКИ
В 1909 году Жуковский создал новое научное учреждение— аэродинамическую лабораторию Московского высшего технического училища. Жуковский стремился «завлечь в науку сколь можно больше русских сил». Кружок учеников Жуковского стал рассадником выдающихся деятелей русской науки. Именно из этого кружка вышли академики Юрьев, Чудаков, Кулебакин, выдающиеся ученые и конструкторы: Туполев, Микулин, Климов, Ветчинкин, Стечкин, Сабинин, Мусиньянц, — известный летчик Россинский и многие другие.
С помощью членов этого кружка Жуковский создавал замечательные свои работы. Особое место среди них занимают теория и метод расчета воздушных винтов. Ученики Жуковского Юрьев и Сабинин, начав, как делал всегда их учитель, с эксперимента, пришли к выводу, что работающий винт создает мощный осевой поток воздуха. Это очень важное явление не учитывалось раньше ни одним исследователем. За границей соответствующую поправку в теорию внесли лишь десять лет спустя.
Вскоре Жуковский, изучив с помощью Ветчинкина ряд новых явлений, предложил еще более совершенную теорию винта. Его работа «Вихревая теория гребного винта» составила новую эпоху в науке. Формулы и теоремы этой теории охватывают все случаи работы винтов. Значение вихревой теории выходит далеко за пределы авиации; ее теоремы послужили основой конструирования мощных вентиляторов и компрессоров. Жуковский написал эту работу 35 лет назад*. Но и сегодня во всем мире при расчете винтов пользуются формулами Жуковского.
__________
*Статья написана в 1946 г.
Жуковский с помощью Чаплыгина разработал остроумную теорию крыльев самолета. Построенные на основании этой теории крылья на всех языках мира называются «крыльями Жуковского».
С участием другого своего ученика, Туполева, Жуковский разработал методы аэродинамического расчета всего самолета.
В России начала быстро развиваться авиация. Стали появляться конструкции самолетов, далеко опережающие иностранные модели. Это казалось удивительным при общей технической отсталости России и полном равнодушии царского правительства к новой отрасли техники.
Теперь мы знаем секрет этого успеха. Он был вызван блестящим состоянием русской аэродинамической науки, которая заняла самые передовые позиции в научном мире. Законы этой науки были сформулированы и систематизированы Жуковским в его знаменитом первом в мире курсе «Теоретических основ воздухоплавания». Курс этот явился как бы энциклопедией авиационной науки.
До Жуковского считали, что в аэродинамике нет места теории, что это область чистой практики. «Основы» впервые показали возможность и необходимость изучения авиации и теоретическим путем. В то же время Жуковский подчеркивал огромное значение правильно поставленных опытов.
В «Теоретических основах воздухоплавания» была установлена незыблемая связь теоретических и опытных исследований как основная предпосылка дальнейшего развития авиации.
ВЕЛИКИЙ УЧЕНЫЙ, ИНЖЕНЕР, ПЕДАГОГ
Жуковский не был только аэродинамиком. 180 написанных им научных трудов затрагивают вопросы математики, механики — теоретической, прикладной и строительной,— астрономии, баллистики и многие другие. Это был великий ученый и великий инженер.
Интереснейшие решения трудных инженерных задач заключены в работах Жуковского «О форме судов», «О спутной волне», «Об устойчивости полета продолговатого снаряда», «Бомбометание с аэропланов», «О вращении веретена».
Жуковский не пугался практических задач. Напротив: он любил их. Они давали ему почву для создания новых теорий.
К Жуковскому, например, обратились как-то за помощью в таком сугубо практическом деле. На московском водопроводе происходили частые аварии: магистральные трубы лопались без всяких видимых причин. Жуковский установил, что одной из главных причин этих аварий являлось ударное действие воды, которое развивалось в трубах, когда их быстро открывали или закрывали. Аварии прекратились, как только на трубах были поставлены специальные краны, медленно закрывавшие доступ воды. Так называемые вентили.
Это был практический вывод. За ним последовал теоретический. Жуковский создал общую теорию гидравлического удара в трубах, опубликованную впоследствии на всех языках и вошедшую во все учебники гидравлики.
Жуковский пользовался большой популярностью и трогательной любовью студенчества. Он был не только лектором, но и воспитателем. Он особенно заботился о развитии инженерского мышления, о техническом кругозоре юношей. Он страстно желал все свои знания передать молодежи, чтобы дальше двигать русскую науку.
Почти накануне смерти, уже не вставая с постели, Жуковский говорил: «Мне бы хотелось еще прочесть специальный курс по гироскопам. Ведь никто не знает их так хорошо, как я». Это был великий педагог.
Научные заслуги Жуковского получили широкое признание. Николай Егорович был членом-корреспондентом Российской Академии наук, почетным членом многих научных русских и иностранных обществ.
Но Жуковский, человек величайшей скромности и бескорыстия, не искал славы. Он отказался от избрания в действительные члены Академии наук, так как не мог совмещать работу в Москве и Петербурге, где находилась тогда Академия, а согласиться на формальное избрание в члены Академии наук не считал возможным.
ОСНОВОПОЛОЖНИК АВИАЦИОННОЙ НАУКИ
Великую Октябрьскую революцию Жуковский встретил семидесятилетним стариком.
Жуковский забыл про свою старость. Он пришел в Высший Совет Народного Хозяйства с проектом создания института аэродинамики и гидродинамики. В 1918 году, в год нищеты и разрухи, Ленин подписал декрет об организации ЦАГИ — Центрального аэрогидродинамического института. имени Н. Е. Жуковского.
Институт начал свое существование в одной из комнат квартиры своего основателя. Но в воображении Жуковского стены его квартиры раздвигались, он видел свой институт могучим, богатым, идущим впереди мировой авиационной науки, — таким, каким мы знаем ЦАГИ теперь.
Жуковский создал Военно-воздушную академию, названную его именем. По его инициативе, была введена подготовка аэромехаников в Московском высшем техническом училище. Ныне на этой базе вырос Московский авиационный институт.
И когда в 1920 году исполнилось пятидесятилетие научной деятельности Николая Егоровича Жуковского, в постановлении Совета Народных Комиссаров, подписанном Владимиром Ильичем Лениным, великий ученый был заслуженно назван «отцом русской авиации». Это был настоящий творец русской авиации, ее отец. И одновременно это был основоположник всей авиационной науки вообще.
Николай Егорович Жуковский умер 17 марта 1921 года. Он тяжело хворал, но продолжал работать почти до дня смерти. Когда он уже не в состоянии был писать, он диктовал свои записи ученикам. Он не желал подарить смерти ни одного дня, ни одного часа. Великий труженик и великий патриот все свои силы до последнего дыхания отдал своему народу.
Д. Беркович
Знание – сила 1946 №8-9
