Страница 47 из 104
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 Пено", в то время как они по праву должны называться "кривыми Жуковского". Этот метод Николай Егорович непрерывно совершенствовал. Во второй части "Динамики аэроплана в элементарном изложении" выясняются законы поперечной устойчивости самолета, разобрано значение поперечного V крыла, дается анализ проблемам, выдвинутым перед аэродинамикой высшим пилотажем, подробно разбирается вопрос о скольжении на крыло, вираже и мертвых петлях.
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".
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].
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".
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 капитальные исследования по газовой динамике: "Истечение воздуха под большим напором", "О трении газов", "Движение воздуха в трубе с большими скоростями", "Аналогия между движением жидкости в открытом канале и газов в трубе" и др. В этом вопросе, представляющем будущее авиационной техники, ученый далеко заглянул вперед.
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].
150
Труды Отделения физических наук, т. XVI, вып. 1, 1912.
151
Чаплыгин С. А. Отец русской авиации, "Самолет", 1941, № 3, с. 7.
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.
153
Юрьев Б. Н. Жизнь и деятельность Н. Е. Жуковского (1877–1921). — Изв. АН СССР, 1947, № 3, с. 249.