Крылья Родины

Так же как жизнь Жуковского, история жизни Чаплыгина есть история его научных работ, дальнейшая история русской аэродинамической школы.

Одна за другой научные работы Чаплыгина приносили ему ученые степени, премии, медали, известность. Работы Чаплыгина по общим вопросам динамики системы и динамики твердого тела относятся к области чистой математики, и изложение их в доступной форме весьма затруднительно. Работы второй группы, представляющие ценнейший вклад в аэродинамику, лежат на пути от научной авиации к практической и в большей или меньшей степени доступны общему пониманию.

Явления, происходящие при обтекании газовым потоком — а воздушный поток ведь есть, вообще говоря, газовый поток, — какого-нибудь тела — скажем, крыла самолета, носят различный характер в зависимости от скорости набегающего потока на движущееся тело. Если скорости тут значительно меньше скоростей распространения звука в газе, то-есть примерно 600–700 километров в час, то обтекание идет совершенно так, как оно шло бы, если бы тело двигалось в какой-нибудь несжимаемой жидкости — скажем, в воде.

Задачи, относящиеся к такому движению тела, в большинстве случаев были решены Жуковским.

Совершенно иной характер носят явления, происходящие в газовом потоке, если движущееся в нем тело имеет скорость, приближающуюся к звуковой, так называемую критическую скорость. В этом случае возникает критический режим, когда часть газа движется со сверхзвуковой скоростью, а часть — со значительно меньшей. А когда скорость движущегося тела превышает звуковую, все явления, происходящие в газе, резко изменяются и подчиняются совсем иным законам.

Чаплыгин писал свою диссертацию «О газовых струях» летом 1901 года и ставил целью разработать метод для решения задач на обтекание тел газовым потоком с образованием срыва струй. В решении такого рода задач в те времена техника почти не нуждалась. Вопросы сопротивления воздуха, представляющего частный случай газового потока, практиков не интересовали. Их скорее могли бы интересовать вопросы сопротивления жидкостей, но и в этой области сделано было очень мало.

Как известно, многие физические законы общи для газов и жидкостей, но всякий газ, в том числе и воздух, можно сжать, например, движением поршня в цилиндре, как это и делается в двигателях Дизеля. Вода же несжимаема, и на этом свойстве ее строится целый ряд гидравлических машин. Д. И. Менделеев первый пришел к выводу, что данные для сопротивления жидкостей можно применять и к воздушной среде, что «опыты с водою дополняют и дополняются опытами с воздухом». Но он предвидел, как мы читали уже, и то, что с достижением некоторой «критической скорости» движения тела в жидкой среде «сопротивление всякой жидкости будет возрастать быстрее, чем до этого», то-есть законы сопротивления за пределами этой «критической скорости» окажутся иными.

Еще до своей диссертации Чаплыгин показал в статье «О некоторых случаях движения твердого тела в жидкости», что воздух можно рассматривать несжимаемым как жидкость лишь до тех пор, пока скорость движущегося тела будет значительно меньше скорости распространения звука. При скоростях, близких к звуковым, законы сопротивления в газовой среде будут резко отличаться от законов сопротивления в жидкой среде, и сжимаемость воздуха скажется на срыве струй.

Намного раньше других ученых Чаплыгин обратился к исследованию газовых струй и разработал метод решения задач на сопротивление тела в случае потока сжимаемого газа. В своей диссертации он дал гениальное по простоте решение. Оно состоит в том, что если известно решение задачи теории струй для случая несжимаемой жидкости, то решение аналогичной задачи для газа получится в виде такого же ряда, все члены которого получат некоторые дополнительные множители.

До Чаплыгина ученые, занимаясь вопросом обтекания газом тел с большими скоростями, прибегали к большому упрощению явления. Они пренебрегали толщиной изучаемого тела — скажем, крыла или лопасти.

Чаплыгин создал теорию газовых струй для дозвуковых скоростей и начал изучать явление без грубых упрощений в те времена, когда аэропланы имели ничтожную, в сущности, скорость — не более 60 километров в час. Теоретическая авиация, таким образом, шла впереди практической лет на сорок, потому что только теперь, когда скорости стали приближаться к звуковым, практическая авиация столкнулась с вопросами, изучение которых русская аэродинамическая школа начала сорок лет назад!

Плоская аэродинамическая труба в лаборатории Московского университета.

«Научный труд — это не мертвая схема, а луч света для практиков!» — говаривал Чаплыгин.

Так смотрел на науку Жуковский, так смотрел на науку и его первый ученик, хотя, в противоположность своему учителю, Чаплыгин был чистым математиком по складу своего ума.

Работа «О газовых струях» является одной из первых работ, знаменующих переход к новой эпохе в механике. В этой работе Чаплыгин дает решение ряда задач о струйных движениях сжимаемого газа. Основное значение этой работы заключается в том, что в ней даны методы изучения газовых течений со скоростями, близкими к звуковым.

Сейчас, когда в авиации достигнуты скорости, близкие к звуковым, а обтекание происходит при «критическом режиме» и часть воздуха движется со сверхзвуковой скоростью, нет надобности объяснять колоссальное значение работы Чаплыгина. Но кто мог, кроме Жуковского, оценить эту работу сорок лет назад, когда не было ни одной области техники, которая могла бы воспользоваться гениальным решением молодого ученого!

Докторскую степень Чаплыгину присудили, но из лиц, присутствовавших на защите диссертации, кажется еще только К. А. Тимирязев почувствовал всю глубину мысли докторанта. Человек, одаренный необыкновенной чуткостью в делах науки, первым назвавший И. П. Павлова «великим русским физиологом», Тимирязев, поздравляя Чаплыгина, сказал ему:

— Я не понимаю всех деталей вашего исследования, которое лежит далеко от моей специальности, но я вижу, что оно представляет вклад в науку исключительной глубины и ценности.

Чутье не обмануло Тимирязева. Через сорок лет столь отвлеченная для своего времени работа становится основной при разрешении задач скоростного полета.

Жуковский, если можно так выразиться, был организатором пассивным; собственно говоря, его главным организующим средством было личное обаяние, привлекавшее к нему, да еще уменье угадывать талантливого человека, хотя бы еще и ни в чем себя не выразившего. Чаплыгин являл собой тип организатора активного, администратора и хозяйственника. Он был первым директором Московских высших женских курсов, и исключительно его энергии они были обязаны открытием двух новых факультетов, прекрасным оборудованием, высокой постановкой преподавания.

Преобразование курсов во Второй московский университет было также проведено Чаплыгиным. Он был и первым ректором этого университета.

Н. Е. Жуковский с дочерью и ассистентом в лаборатории Московского университета.

Огромная память и не меньшая зоркость, при исключительной способности широко мыслить и угадывать любые отношения, как это присуще аналитическому уму математика, были использованы Чаплыгиным не только в сфере научной деятельности.

Хозяйственный, административный, организаторский практицизм Сергея Алексеевича носит прямо-таки анекдотический характер.

В качестве председателя коллегии ЦАГИ он завел такой порядок, что на заседаниях коллегии рассматривались мельчайшие хозяйственные дела, вплоть до утверждения к оплате всяких счетов.

На одном таком заседании коллегии фигурировал счет за аэродинамический обмер, или, как говорилось обычно, за «продувку» в аэродинамической трубе петуха. Сергей Алексеевич сказал:

— Платить не станем!

Так как незадолго до того без всяких возражений был оплачен совершенно аналогичный счет за продувку вороны, то естественно, что один из членов коллегии заметил: