Страница 48 из 104
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].
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.
Одной из иллюстраций научной и инженерной деятельности Н. Е. Жуковского во время войны является его работа на посту председателя отдела изобретений Московского военно-промышленного комитета. Через его руки прошло множество изобретений, на которые он аккуратно давал ответы и заключения.
При аэродинамической лаборатории Московского высшего технического училища было создано расчетно-испытательное бюро, приступившее к работе 1 июля 1916 г. Его научной деятельностью руководил Н. Е. Жуковский. К исследованиям были привлечены его талантливые ученики В. П. Ветчинкин, А. Н. Туполев, В. С. Кулебакин, Б. С. Стечкин, А. А. Архангельский, Г М. Мусинянц, К. А. Ушаков, А. А. Микулин и другие. Основные работы велись по созданию методов аэродинамического расчета и расчета самолета на прочность. По этим вопросам было опубликовано семь литографированных выпусков трудов и сделана масса проверочных расчетов.
Отделом аэродинамического расчета руководил А. Н. Туполев. Если динамика полета отвечала на вопросы, как правильно пилотировать самолет, какие силы действуют на него в полете, какие правила необходимо соблюдать при выполнении фигур высшего пилотажа, то аэродинамический расчет должен был ответить на вопрос, какие летные данные получит тот или иной самолет в зависимости от выбранного профиля крыла, мощности двигателя, формы фюзеляжа, органов оперения, стоек, расчалок и пр. Именно в таких расчетах больше всего нуждались инженеры, строившие самолеты. Какими будут скорость, скороподъемность, высота, посадочная скорость для данного типа машины — это самые жгучие вопросы для каждого авиаконструктора.
Русским ученым принадлежит заслуга создания собственного метода полного аэродинамического расчета самолета. В его основу принимались данные, полученные в результате испытания отдельных частей самолета в аэродинамической трубе. Практически продувка крыльев самолетов делалась в 1/6 и 1/8, а фюзеляжа — в 1/5 натуральной величины. Николай Егорович мечтал об испытаниях моделей самолетов хотя бы в 1/2 натуральной величины. Он писал в 1917 г.: "Когда будет закончена и пущена в ход большая аэродинамическая труба Высшего московского технического училища, диаметр которой равен 3 м, явится возможность испытать модель аппарата в достаточно большом масштабе (1/2 натуральной величины) и построить полярную кривую Лилиенталя непосредственно из опыта над целой моделью…" [156]. Однако в царской России мечтам Жуковского не суждено было осуществиться.
Отсутствие крупных аэродинамических труб, должной экспериментальной базы чрезвычайно осложняло составление аэродинамического расчета, в частности, решение задачи устойчивости. Наука в этом вопросе не могла еще оказать надежной поддержки авиаконструкторам. Продольная устойчивость строившихся самолетов не была отработана. Только практические полеты давали возможность выяснить ее. Даже передовые авиаконструкторы того времени допускали грубые ошибки в центровке самолета. Можно сослаться на пример моноплана конструкции И. И. Сикорского с двигателем "Гном" мощностью 100 л. с., участвовавшего на военном конкурсе самолетов в 1913 г. По условиям конкурса самолет должен был сделать планирующий спуск с высоты 1000 м. Выполнение этого маневра едва не окончилось катастрофой. Аппарат пилотировался летчиком-испытателем В. Янковским, рядом с ним находился старший механик Савельев. Когда убрали газ и пошли на спуск, то машина вследствие неправильной центровки начала валиться на нос. Экипажу грозила гибель. Опасность была предотвращена находчивостью Савельева, который быстро вылез из кабины и лег на хвост самолета. Благодаря такому искусственному противовесу летчику удалось благополучно опустить аппарат на землю подальше от места, где расположилась конкурсная комиссия.
Во время войны самолеты строились во все возрастающем числе. Русская наука спешила протянуть руку помощи самолетостроителям. Испытание моделей крыльев и фюзеляжа пришлось делать раздельно в плоской и круглой аэродинамических трубах, принадлежавших МВТУ. После получения опытных данных продувок производился полный аэродинамический расчет самолета, который состоял из следующих основных разделов или частей: 1) определение угла заклинения винта; 2) построение поляры Лилиенталя; 3) построение сетки необходимой тяги винта при различных режимах полета; 4) построение сетки полезных мощностей для различных режимов; 5) построение сетки мощностей, исправленных на к. п. д. винта; 6) построение баланса мощностей в зависимости от режима полета при полной мощности мотора; 7) определение высоты потолка самолета; 8) построение барограммы подъема самолета.
В процессе проектирования неясным оставался вопрос об ожидаемых горизонтальных и вертикальных скоростях. Николай Егорович разработал метод тяг и мощностей, который и поныне почти без изменений применяется при аэродинамических расчетах самолета, построил диаграмму потребных тяг, до сих пор называемую "сеткой Жуковского". С помощью простейших приемов стало возможным определение максимальных скоростей полета, вычисление практического потолка самолета и его скороподъемности, выяснение наиболее выгодных режимов полета, т. е. наивыгоднейшего угла атаки и наивыгоднейшей скорости полета. Теоретически было установлено условие продольной устойчивости. Инженеры получили указания, как проектировать самолет, был найден метод определения центра его тяжести.
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.
156
Жуковский Н. Е. Аэродинамический расчет аэропланов. — Труды авиационного расчетно-испытательного бюро, вып. 1, 1917.