Первые русские аэродинамики

В последний год XIX века открылась грандиозная Всемирная выставка в Париже. Здесь же впервые был созван Первый всемирный воздухоплавательный конгресс. На конгрессе присутствовал русский ученый, профессор Н. Е. Жуковский. В его письме к матери есть очень краткая и в то же время исчерпывающая характеристика научного значения конгресса. Человек большой скромности, предпочитавший всегда преувеличить чужие заслуги, нежели их умалить, он все-таки пишет:

«Два дня провел я уже на заседаниях и демонстрациях Воздухоплавательного конгресса. Открылся он в Медоне 15 сентября по новому стилю, а 16-го были заседания в Академии наук. С теоретической стороны конгресс представляет не особенно важную силу».

Русскому ученому можно поверить в этой оценке.

Между тем в России в это время имелся не только целый ряд ученых, занимавшихся решением основных проблем авиации, — создавалась русская аэродинамическая школа, устанавливавшая основные законы сопротивления воздуха и подъемной силы.

Мы привыкли, что история русской науки, о какой бы из областей ни шла речь, начинается с Ломоносова, и счастливы отметить, что аэродинамика не является исключением из этого правила.

Воздушный змей, как известно, служил Ломоносову в опытах с электричеством. В 1751 году Ломоносов построил анемометр — прибор для определения силы ветра, а в 1754 году он устраивал самопишущую метеорологическую обсерваторию и тогда же в Академии наук сделал заявление об изобретенной им машине. При помощи крыльев машина эта должна была поднимать самопишущие приборы для исследования верхних слоев атмосферы. Крылья приводились в движение часовым механизмом.

Аэродромическая машина Ломоносова, по собственноручному его чертежу.

По сути дела это был первый в мире геликоптер. В протоколе конференции он описан так:

«Высокопочтенный советник Ломоносов показал изобретенную им машину, называемую им аэродромической, которая должна употребляться для того, чтобы с помощью крыльев, движимых горизонтально в различных направлениях силой пружины, какой обычно снабжаются часы, нажимать воздух, отчего машина будет подниматься в верхние слои атмосферы с той целью, чтобы можно было исследовать условия верхнего воздуха посредством метеорологических машин, присоединенных к этой аэродромической машине. Машина подвешивалась на шнуре, протянутом по двум блокам, и удерживалась в равновесии грузиками, подвешенными с противоположного конца. Как только пружина заводилась, машина поднималась на высоту и потому обещала достижение желаемого действия. Но это действие, по суждению изобретателя, еще более увеличится, если будет увеличена сила пружины и если увеличить расстояние между той и другой парой крыльев, а коробка, в которой заложена пружина, будет сделана для уменьшения веса из дерева. Об этом изобретатель обещал позаботиться».

М. В. Ломоносов.

В декабре того же года Ломоносов сообщал в своем отчете о том, что облегчение машины еще не «привело к желаемому концу», но дальнейшей работе над изобретенной им машиной Ломоносову помешали другие неотложные занятия.

К современной экспериментальной аэродинамике ближе подходят опыты другого нашего академика, метеоролога Михаила Алексеевича Рыкачева.

Рыкачев учился в Морском кадетском корпусе и затем окончил Морскую академию. По окончании ее он получил командировку за границу и работал в Гринвичской обсерватории. Заинтересовавшись изучением верхних слоев атмосферы, Рыкачев, еще будучи лейтенантом русского флота, в 1870 году организовал впервые в России полеты на воздушных шарах с научной целью и неоднократно поднимался на них сам.

В 1871 году Рыкачев провел целый ряд опытов над подъемной силой винта, вращаемого в воздухе, имея в виду постройку самолета. Он сконструировал специальный прибор с четырьмя деревянными крыльями. Их приводила в движение огромная пружина, весом в 5,5 килограмма. С помощью этого прибора исследователь хотел определить зависимость между поднимаемым грузом и мощностью машины, найти наиболее выгодный «уклон» плоскостей для поднятия наибольшего груза, рассчитать размеры крыльев.

Многое ему удалось и найти и понять.

Однако Рыкачев принадлежал к тому типу работников науки, которые, ограничиваясь собиранием фактов и наблюдений, производством экспериментов, не решаются на смелые обобщения и теоретические построения. В свое время существовала даже целая научная школа с таким чисто опытным направлением деятельности. Характеризуя Рыкачева как представителя этой школы в России, Менделеев писал о ней:

«Школа эта до крайности почтенна и достойна удивления по тому смирению, с которым она принимает факты, по той готовности, с которою она их отчасти обрабатывает, собирает необходимый строительный запас для возведения здания… Некоторым ученым этой школы должны казаться чуть ли не посягательством обобщения факта: они привыкли их собирать и много-много что выводить из них среднее число; они желают находить опытные законы и пробуют даже иногда выводить теоретические обобщения, но видели не раз падение своих сооружений, сложенных из кирпича без цемента, и — изверились в возможность охватить целое».

Без глубокого и ясного обобщения, без стройного теоретического объяснения опыты Рыкачева не получили в свое время широкой огласки, как не получили они и должной оценки. Однако другой русский аэродинамик, В. Н. Спицын, в докладе на собрании Русского технического общества признавал, что Рыкачев «путем весьма точных и изящных опытов доказал, что с помощью винта даже при существующей тяжести паровых машин подъем в воздух не невозможен».

М. А. Рыкачев.

Большой вклад в аэродинамическую науку сделал Д. И. Менделеев.

«Меня так заняла гордая мысль, — писал Дмитрий Иванович, — постичь законы наслоения воздуха при нормальном состоянии атмосферы, что я временно оставил все другие занятия и стал изучать аэростатику».

Свою мысль Менделеев, как известно, осуществил. Он поднялся на высоту свыше трех тысяч метров во время солнечного затмения в 1887 году. В отчете об этом полете Менделеев и высказывает свое убеждение в том, что «главную подготовку для овладения воздушным океаном, первое орудие борьбы составляет знание сопротивления среды…»

Основным вопросом аэродинамики — вопросом сопротивления среды движущемуся телу — Менделеев занимался много лет. Свои теоретические выводы он изложил в книге «О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании». Книга была задумана им как пособие для осуществления практических задач, при разрешении которых вопросы сопротивления воздуха имеют величайшее значение.

В то время не только о сопротивлении воздуха никто ничего толком не знал, но очень мало знали даже о законах сопротивления жидкой среды. «Оказалось, — писал Менделеев, — что корабли строят и до сих пор ощупью, пользуясь многоразличною практикой, а не расчетом, основанным на теории или опытах сопротивления».

Менделеев первый пришел к замечательному выводу, что «опыты с водою дополняют и дополняются опытами с воздухом», а данные для сопротивления воды, учитывая различную плотность воды и воздуха, можно применить и к воздушной среде.

Для зоркого ума Менделеева характерно, что уже в свое время он указывал на те трудности, которые станут перед практиками летания по мере увеличения скорости и высоты полета. Он предвидел, что с достижением некоторой большой скорости «сопротивление всякой жидкости будет возрастать быстрее, чем до этого». С этим явлением и столкнулись самолетостроители, когда скорости стали приближаться к звуковым, то-есть к скоростям распространения звука, а скорость звука — около тысячи двухсот километров в час.