Книга Формула мудрости - Давид Иосифович Гай

в теории аэроплана является вопрос о давлении воздуха на крыло, — говорил автор мемуара коллегам на февральском заседании Московского математического общества. — Решить эту задачу во всей сложности представляется делом весьма трудным и едва ли посильным современному анализу. А потому представляется не лишенным интереса хотя приблизительно выяснить источники возникновения давления на поддерживающие планы и оценить при этом связь между углами их наклона к направлению движения и подъемною силою.

То, что Чаплыгин скромно назвал «не лишенным интереса», на деле оказалось чрезвычайно полезным и нужным молодому самолетостроению. Рассмотрев слагающие сил давления на крылья различных профилей, он убедился в том, что профили должны иметь округленную переднюю и острую заднюю кромки, чисто теоретически нашел ставшие потом знаменитыми профили типа инверсии параболы и тем же путем получил для каждого профиля величину подъемной силы.

Продувки в аэродинамических трубах (в частности, в аэродинамической трубе Технического училища) показали, что теоретические положения, сформулированные Жуковским и Чаплыгиным, полностью согласуются с экспериментальными данными. А через несколько лет выяснилось, что профили, найденные с помощью формул, обладают хорошими аэродинамическими качествами, их с успехом применили на самолетах.

Крыловые профили, в том числе типа инверсии параболы, одновременно получил и Жуковский, но получил по-своему. Это послужило толчком к дальнейшим разработкам учеными так называемых «теоретических профилей», то есть выведенных теоретическим путем. Немало преуспел в этом направлении сам Чаплыгин.

Знал ли он цену своему исследованию, видел ли его огромное значение? Существует точка зрения: гений, осознающий себя гением, уже не гений... Обойдемся без крайностей в формулировках, скажем проще: чувствовал он, что совершил, или нет? Сергей Алексеевич, по натуре неоткрытый, не оставил об этом никаких свидетельств, да и не мог оставить. Тогда он был бы другим человеком. Вообще из его уст никогда не выходили слова о себе самом, своей жизни, своем творчестве. Скромность, абсолютное отсутствие тщеславия исчерпывающе полно характеризуют его.

Думая о знаменитом мемуаре ученого, который отделяют от нас уже почти семьдесят пять лет, вспоминаешь слова Даниила Данина: «Научные революции не знают восстаний. О них не возвещают праведные выстрелы. Профессора не прерывают лекций на полуслове. Студенты не бросаются на улицу. Министры не бегут из своих резиденций. На биржах не водворяется паника. Влюбленные не отменяют свиданий. Заведенным чередом продолжается жизнь. И кажется: все тот же век на дворе. И только где-то в тишине лабораторий становится слышен скрип колеса истории, скачком ускорившего свое вращение. И пока только там догадываются: «Нет, наступают новые времена!»

Чаплыгин не устраивал научной революции. Но его гипотеза в раскрытии вековечной тайны полета и создании основ аэродинамики вместе с теоремой Жуковского сыграла решающую роль.

Для подтверждения этого сошлюсь на слова академика С. А. Христиановича:

«История открытия законов полета — одна из наиболее драматичных в науке. Люди веками наблюдали полет птиц, но до начала нашего века все еще оставалось неясным, почему птицы при небольших силах и малых запасах энергии могут совершать длительные перелеты с очень большими скоростями». И далее: «Самое... замечательное в этой работе[3] — утверждение, что если профиль крыла имеет скругленную переднюю и острую заднюю кромки, то при его равномерном движении в жидкости устанавливается циркуляционное течение с непрерывно сходящим потоком у острой кромки. При этом возникает подъемная сила, пропорциональная углу атаки. Дальнейшие опыты показали, как устанавливается такое обтекание, и сделали гипотезу С. А. Чаплыгина почти совершенно очевидной. Таким образом была открыта основная особенность формы крыла!»

Впрочем, мемуар Чаплыгина заканчивался вопросами, которые составили программу последующих экспериментальных и теоретических исследований.

«Скажем несколько слов о том, в каком соотношении изложенная теория стоит, по нашему мнению, к явлениям, имеющим место при реальных условиях, — заканчивает мемуар Чаплыгин. — Первое существенное осложнение вносит трение воздуха о крылья. Эта причина служит источником задерживающей силы, направленной противоположно скорости движения, и нашей теорией совершенно не захватывается... Другое важное обстоятельство, на которое необходимо обратить внимание, — это несколько иной характер потока, устремляющегося на аэроплан, чем предположено в нашей работе. Так как крыло имеет конечную длину, то окружающий воздух не может двигаться плоскопараллельным потоком; его движение за пределами крыльев будет существенно отличаться от разобранного нами. Я полагаю, что на оконечность каждого крыла будет опираться сопутствующий ему вихрь, образующийся благодаря разности скоростей на нижней и верхней поверхностях крыльев».

Чаплыгин в последующих работах стремится развить заданный самим же вопрос. Его интересует учет влияния концов крыла, то есть решение задачи о силах, действующих на крыло в условиях не плоскопараллельного, а трехмерного потока. В разговоре со студентом В. Ветчинкиным, который всегда с великим старанием записывал лекции горячо любимого Николая Егоровича Жуковского, а также и самого Чаплыгина, Сергей Алексеевич заметил:

— Решение задачи о крыле конечного размаха представляет, по всей видимости, непреодолимые математические трудности, но я ясно представляю себе физическую картину вихрей, стекающих с концов крыла...

Сергей Алексеевич решил все-таки побороть «непреодолимые трудности».

Уже упоминалось его сообщение на заседании Московского общества воздухоплавания, датированное ноябрем 1910 года. Тогда он впервые дал представление о крыле конечного размаха, нарисовал картину вихрей, стекающих с концов крыла, сделал анализ природы поддерживающей силы. Это было начало. Осенью 1913 года он доложил о первых итогах своих исследований. Ему удалось приближенно решить задачу, связанную с крылом конечного размаха, получить формулы для подъемной силы и так называемого индуктивного сопротивления — силы, действующей против набегающего на крыло потока воздуха.

Об этом он говорил в Московском обществе воздухоплавания и на III Всероссийском съезде воздухоплавания, избравшем его почетным членом.

Эти работы заинтересовали Жуковского, однако продувки крыла конечного размаха в аэродинамической трубе Московского университета не подтвердили теоретических выкладок Чаплыгина. Оказалось, что силы, воздействующие на крыло в плоскопараллельном и трехмерном потоках, практически одинаковые. Не были обнаружены вихревые жгуты, которые, по предсказанию Чаплыгина, точнее, его расчетов, должны сходить с концов крыла.

И к разработке теории крыла конечного размаха Чаплыгин больше не возвращался. А между тем, как показало развитие событий, направление было выбрано Чаплыгиным верное и перспективное.

Прежде всего отметим, что тот же Ветчинкин довольно успешно применил, например, некоторые чаплыгинские данные по индуктивному сопротивлению в своем дипломном проекте при расчете устойчивости самолета, принимая во внимание действие сбегающих с крыла вихрей на хвостовое оперение. Известна также докладная записка, отправленная в мае 1916 года на имя помощника начальника управления Военно-воздушного флота по технической части за подписью Н. Е. Жуковского, Г. Лукьянова и В. Ветчинкина. В разделе, касающемся увеличения скорости и грузоподъемности аэропланов, авторы приводят результаты Чаплыгина по теории крыла конечного