2020-09-24
115
Планеры. В течение XIX в. не прекращались попытки построить летательные аппараты тяжелее воздуха, причем развитие шло по двум направлениям – изучению проблемы полета (особенно парящего) и созданию мощных и легких двигателей.
Англичанин Д. Кейли был одним из первых, кто начал изучать подъемную силу крыла и устойчивость аппарата, он даже ставил опыты на моделях, однако большинство его результатов долгое Время оставалось неизвестным.
Значительный вклад в успешное освоение планирующих полетов в конце XIX 8. сделали С. Неждановский в России и О. Лиллиенталь в Германии, Бесхвостые планеры и воздушные змеи Неждановского, построенные в соответствии с его теоретическими расчетами, были настолько совершенны, что могли устойчиво пролетать несколько километров, и их даже использовали для аэрофотосъемки.
О. Лиллиенталь, как и большинство последователей, начал свои опыты с научения полета птиц, но затем приступил к испытанию планера собственной конструкции. Он изучил законы устойчивости, совершил множество планирующих полетов с высоты в десятки метров, пролетал при этом сотни метров, причем в ряде случаев за счет восходящих потоков воздуха поднимался выше точки взлета.
Испытания планеров позволили лучше понять природу сил, действующих на летающий аппарат, проверить способы увеличения подъемной силы а, что особенно важно, устойчивости полета. Неждановский ввел перекосы в разные стороны концов крыльев, что уменьшало крен планера, установил стабилизатор горизонтального полета. Американец Шанют обеспечил устойчивость полета за счет подвижного хвоста планера. Полеты планеров помогли вплотную подойти к созданию самолета, не хватало, в основном, двигателя. Поэтому многие исследователи начали ставить па свои модели I различные простейшие моторы. Одна из наиболее ранних и наиболее удачных летающих моделей была создана нашим соотечественником Александром Федоровичем Можайским. Перед этим он провел длительные исследования воздушных змеев и планеров, на которых даже сам поднимался в воздух. Его модель, снабженная «пружиннымым» двигателем, не только успешно взлетала, но и могла поднимать дополнительный груз.
Примерно в то же время появились планеры с «резиновым» мотором – прообраз современных авиамоделей. Одной из первых-Iкордовых моделей, подлетавшей при движении на веревке вокруг Школьника, был планер парижанина Татэна с «пневматическим» двигателем. Ленгли в Америке начал испытывать модели с маленьким паровым двигателем, выясняя на этих моделях закономерности, по которым происходит полет.
Возникновение аэродинамики. Разносторонние и достаточно многочисленные исследования позволили начать обобщение экспериментального материала и создание теоретических основ новой науки — аэродинамики, которая изучает законы движения воздуха и силы, возникающие при взаимодействии потоков воздуха с различными телами.
Значительный вклад в создание и развитие этой пауки сделал великий русский ученый Николаи Егорович Жуковский – «отец русской авиации», как назвал его Владимир Ильич Ленин. Я. Е. Жуковский дал строгое объединение подъемной силы, предсказал фигуры высшего пилотажа, его работы в области аэродинамики и авиации явились источником основных идей, на которых [строится авиационная наука. Н. Е. Жуковский воспитал впоследствии целую плеяду блестящих ученых и конструкторов – А. Н. Туполева, Б. С. Стечкина, А. А. Микулина, Б. П. Юрьева, В. П. Ветчинкина, А. М. Черемухина, А. В. Квасникова и многих-многих других.
Характерно, что целые поколения авиационных инженеров были воспитаны учениками Н. Е. Жуковского. Академик Б. С. Стечкин и профессор В. П. Ветчинкин много сделали для создания и развития Военно-воздушной инженерной Академии им. Н. Е. Жуковского, академик Б. И. Юрьев, профессора А. В. Квасников и А. М. Черемухин в течение многих лет были руководителями кафедр Московского авиационного института им. С. Орджоникидзе.
Великий русский ученый – Дмитрий Иванович Менделеев уже в 1880 г. написал книгу «О сопротивлении жидкостей в воздухоплавании», где предложил, в частности, использовать герметичную кабину для стратостатов, поддерживал работы А. Ф. Можайского. Вопросам устойчивости движения много внимания уделял выдающийся математик А. М. Ляпунов. В это же время начал свою многолетнюю плодотворную деятельность один из крупнейших аэродинамиков – Сергей Алексеевич Чаплыгин, сменивший Н. Е. Жуковского па посту научного руководителя ЦАГИ.
Вопросы гидро и аэродинамики стали предметом изучения все большего числа ученых разных стран. А. Пено во Франции, О. Рейдольдс в Англии, О. Лиллиенталь в Германии и ряд других провели исследования, которые вместе с работами русских ученых позволили вплотную подойти к первым достоверным расчетным и экспериментальным данным.
Таким образом, уже в начале XX в. был накоплен опыт успешных планирующих полетов, даны теоретические основы полетов и обоснование использования двигателей. На повестке дня встал вопрос создания и применения мощных, легких и надежных двигателей.
Николай Жуковский
Отец русской авиации
Мечта о полете стара если не как мир, то, во всяком случае, как история развитого человеческого сознания. Древние, имея перед глазами пример птиц, не могли представить себе иной способ полета. Легенда о полете человека жива со времен древних греков, изменилось лишь ее содержание. В завораживающем своей легкостью парении птицы древние мифотворцы видели надежду на осуществление полета.
В обнаруженной учеными рукописной книге Древнего Китая «Всеобъемлющее зеркало истории» можно встретить свидетельства того, что полеты человека с помощью воздушного змея осуществлялись еще в VI в. Сохранились и более поздние упоминания об удивительных полетах человека, привязанного к огромному воздушному змею, которые путешественникам удалось наблюдать в Китае и соседних государствах.
Еще со времен Ивана Грозного и наши соотечественники демонстрировали удивительную изобретательность и инстинктивное понимание законов природы. Всем известна одна из первых попыток в России летать: «смерд Никитка, боярского сына Лупатова холоп» летал на деревянных крыльях в Александровской слободе и «за сие дружество с нечистою силою» был по приказу Грозного казнен. Приговор будто бы гласил «...человек не птица, крыльев не имать... Аще же приставит себе аки крылья деревянны, противу естества творит. То не божье дело, а от нечистой силы. За сие дружество с нечистою силою отрубить выдумщику голову. Тело окаянного пса смердящего бросить свиньям на съедение. А выдумку, аки диавольскою помощью снаряженную, после божественныя литургии огнем сжечь».
Вряд ли можно причислить «смерда Никитку» к ученым, но ведь перед полетом он все-таки должен был прикинуть на глаз, полетит ли его аппарат. Мечта русского человека о полете, о перемещении по воздуху жила в его уме всегда, проявляясь в народном поэтическом творчестве: вспомним хотя бы сказки о Коньке-Горбунке, о Кощее Бессмертном, о ковре-самолете, на котором летал Иван Царевич; и в реальном изобретательстве: в ряде легенд говорится о попытках создания летающих механизмов.
Русские люди пытались летать на самодельных крыльях, причем полеты, по-видимому, преследовали увеселительные цели. Некоторые источники отсылают нас к рукописям Даниила Заточника, относящимся к XIII столетию, в которых есть указания на полеты людей. Перечисляя народные увеселения славян, Даниил Заточник пишет: «...а иные слетают с церкви или с высокого дома на шелковых крыльях... показывая крепость сердец своих...»
Как видно из этой записи, еще в XIII столетии у славян «иный летает с церкви или с высоки паволочиты крилы». «Паволочиты крилы» – это крылья, сделанные из хорошего византийского шелка. Возможно, с помощью таких крыльев и совершали наши предки своеобразные планирующие спуски.
В XVIII веке за проблему воздухоплавания взялся основатель первого российского университета Михаил Васильевич Ломоносов. Михайло Ломоносов задолго до официально признанных изобретателей геликоптера построил и испытал летательный аппарат в России. Правда, Леонардо да Винчи еще в 1475 г. писал о возможности построить геликоптер, но Ломоносову эти работы Леонардо не были известны. М. В. Ломоносов один из первых понял действительные законы сопротивления воздуха и нашел силу, способную поддерживать и продвигать аппарат в воздушной среде. Он разработал основы аэродинамики, возникшей как наука только в конце XIX столетия.
В конце 60-х гг. позапрошлого столетия проблемой летания человека занимался Михаил Александрович Рыкачев, моряк по профессии, впоследствии академик и директор Главной физической обсерватории.
Почти одновременно с Рыкачевым проблемой воздухоплавания занимался и Дмитрий Иванович Менделеев, автор знаменитой Периодической системы химических элементов.
В 1875 г. Менделеев составил эскиз управляемого аэростата и сделал необходимые расчеты. Дмитрий Иванович верил в конечную победу аэропланов, считая, что они имеют «наибольшую будущность», и был глубоко убежден, что изобретение летательного снаряда «составит эпоху, с которой начнется новейшая история образованности».
Первая мировая война дала мощный толчок развитию этой области знания. Как писал академик Б. Н. Юрьев: «Война с первых же дней указала на огромное значение авиации, и царское правительство вынуждено было начать организацию авиационной науки…»
Достойно удивления, что в этих условиях русские ученые сумели добиться серьезных успехов в развитии авиационной науки. Центром авиационной мысли в России в годы Первой мировой войны было Московское высшее техническое училище (МВТУ), где работал один из лучших ученых своего времени – Н. Е. Жуковский. Авиация была главным делом Жуковского, именно он стал настоящим творцом научной и практической авиации, «отцом русской авиации», создав школу русских аэродинамиков, как теоретиков, так и практиков.
Ученый-энциклопедист
Лет сто тому назад люди, близко стоящие к московскому городскому хозяйству, столкнулись с загадочным и непонятным явлением: то и дело, без всякой видимой причины, лопались прочные магистральные трубы водопроводной сети. Бедствие принимало такие размеры, что иные домовладельцы уже собирались прикрыть водопровод и вернуться к старому способу: возить воду бочками и таскать ведрами из Москвы-реки и дворовых колодцев.
После некоторых размышлений Управление городским хозяйством создало комиссию для изучения странного явления и разрешения загадки. В комиссию решено было ввести профессора механики Московского высшего технического училища Николая Егоровича Жуковского. В приглашении этом не было ничего удивительного. Когда водопровод проектировался и строился, к Жуковскому не раз обращались за советами, и всегда он отвечал на самые сложные вопросы очень точно.
Теперь для изучения причин бедствия, постигшего московский водопровод, Жуковский отправился на Алексеевскую водокачку. И скоро он сообщил комиссии, что одной из главных причин аварий магистральных труб является, по его мнению, развитие сильного ударного действия воды в трубах, когда их быстро открывают или закрывают.
Все происходящее 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 каждого, необходимо было тщательно обследовать опытным путем явление гидравлического удара.
По указаниям Николая Егоровича на водокачке соорудили сеть водопроводных труб разных диаметров. Сеть заставляли paботать при самых разнообразных условиях. Электрические звонки, xpoнометры, пишущие аппараты сторожили каждый опыт, каждое движение воды, каждое колебание труб. Опытная сеть была построена с большим остроумием и поразительной предусмотрительностью. И вот оказалось, что действительно все явления гидравлического удара, как и предполагал Жуковский, объясняются возникновением и развитием в трубах ударной волны. Инженеры, строившие водопровод, не обратили внимания на то, что когда задвижка или кран быстро закрываются, то остановка движения воды сама волной передается в трубах.
Причины аварии были установлены, исследователю оставалось предложить меры к их предотвращению. Простейшая мера – медленное закрывание и открывание кранов. Как только такие краны с приспособлением для медленного закрывания были введены, так тотчас и прекратились аварии, донимавшие московский водопровод.
Вы думаете, что этим дело и кончилось? Водопроводные аварии, медленно завинчивающиеся краны!.. Для Жуковского тут был не конец, а только начало. Отсюда начиналась истинная наука, а Жуковский был великий ученый. Он заглянул гораздо глубже в сущность стихии. И вот однажды, вернувшись из мира своих опытов и вычислений в практический мир, он принес с собой нечто, прямо похожее на колдовство. Он нашел способ определять место аварии, не выходя из водокачки и не дожидаясь, когда вода в месте разрушения трубы выступит на мостовой. Как же это возможно?
А для этого нужно только создать искусственный гидравлический удар на водокачке и затем взглянуть на «ударную диаграмму» Жуковского – и место утечки воды определится точно.
Когда старых, опытных рабочих-водопроводчиков прислали впервые на спокойную улицу с сухой и чистой мостовой и сказали им: «Ройте, тут лопнула труба!» – они приняли это за блажь или за неуместную шутку. Сняв верхний покров мостовой, люди недоуменно приступили к работе и, посмеиваясь, швыряли землю. Но ждать пришлось недолго. За песчаным слоем последовала глина, напитанная до отказа водой, и вслед за тем захлюпала жидкая грязь: место разрыва трубы было определено по диаграмме совершенно правильно.
Так была решена профессором Жуковским задача о величине гидравлического удара и о скорости его волны. То было первое полное и точное решение этой задачи в науке.
Когда Жуковский делал 26 сентября 1897 г. доклад об этом в Политехническом обществе, деловой вечер обратился в триумф теоретической науки и ее блестящего представителя. Слушателям было ясно, что они присутствовали на докладе мирового значения. И действительно, работа Жуковского «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах», переведенная почти на все языки, стала теоретической основой для совершенствования всех гидравлических машин. Гидротехники получили возможность производить точные расчеты не в одном водопроводном деле. Прежде всего, были созданы правильные конструкции гидравлических таранов (водоподъемных машин), работавших до того очень плохо, так как наука не имела оснований для соответствующих расчетов. Теперь гидравлический таран, остроумнейшее изобретение человека, как бы начал жить заново.
За долгую свою жизнь Жуковский решил несколько сотен задач, подобных той, о которой мы только что рассказали. Все они были из числа труднейших. Все они касались вопросов, которые ставили перед наукой и техникой практические работники самых разнообразных областей жизни.
Так, Жуковский занимался проблемами прочности велосипедного колеса, и наивыгоднейшего угла наклона крыла самолета, и рациональной формы корабля.
С исчерпывающей полнотой и даже с показом механических моделей ответил он и на вопросы, почему кошки при падении всегда падают на лапы, и о том, каков коэффициент полезного действия человеческого организма, и 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 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.
