Так на смену ударной теории Ньютона пришла струйная теория сопротивления, основные положения и главнейшие выводы которой сохранили свою силу до сегодняшнего дня. Так, еще в XVIII веке, трудами ученых Михаила Ломоносова, Леонарда Эйлера, Даниила Бернулли в России был заложен тот прочный фундамент, на котором в начале XX столетия Николай Егорович Жуковский20 воздвиг величественное здание новой науки - аэродинамики.
Вторую формулу Ньютона - "закон квадратов синуса" Эйлер не затронул. Исследователя интересовало только сопротивление среды, и свои работы он создавал для нужд развивавшегося кораблестроения. Вопросы подъемной силы, знание которых необходимо для авиации, его не занимали. Так ошибочный "закон квадратов синуса" продолжал некритически восприниматься учеными, считавшими, что Ньютон не мог ошибаться.
В конце шестидесятых, в начале семидесятых годов XIX столетия перед Можайским встала неотложная задача - установить действительную закономерность подъемной силы при изменении угла наклона крыла к направлению движения.
От наблюдений к опыту
Низкопоклонствуя и пресмыкаясь перед всем иностранным, официальные представители науки в царской России делали все, чтобы замолчать правду о прогрессивном направлении русской научной мысли. Так оставалась забытой та борьба, которая выпала на долю русских ученых, снимавших ньютоновские путы с нарождающейся авиационной науки.
Именно русские ученые нанесли смертельный удар "закону квадратов синуса", уничтожив тормоз, который задерживал развитие авиации.
Передовые русские ученые свято хранили завет Ломоносова:
"Из наблюдений установлять теорию, через теорию исправлять наблюдения - есть лучший способ к изысканию правды".
Изучая, исследуя, обогащая науку, сам Ломоносов никогда не ограничивался одной теорией. Он придумывал и строил новые приборы, своими руками проделал тысячи различных опытов.
Свои теоретические выводы Ломоносов стремился проверить опытом. Поняв основные свойства атмосферы, он хотел проникнуть в тайну ее верхних слоев. Для этого Ломоносов создал модель изобретенного им в 1754 году летательного аппарата. Сильная часовая пружина вращала в разные стороны два больших винта, сидящих на одной вертикальной оси. Винты отбрасывали воздух вниз. Его реакция создавала подъемную силу, которая заставляла аппарат подниматься вверх. Термометры, барометры и другие приборы можно было поднять этим аппаратом высоко в небо, чтобы узнать, как изменяются свойства воздуха при подъеме на высоту.
Теперь такой летательный аппарат называют вертолетом. В наши дни вертолеты поднимаются на большую высоту, берут на борт пассажиров и груз, неподвижно висят в воздухе, взлетают с маленькой площадки и садятся на нее.
Но ломоносовская модель не могла подняться в верхние слои атмосферы слишком слаба была часовая пружина. А другого двигателя для летательного аппарата в те времена не существовало.
Отсутствие двигателя не позволило Ломоносову довести до конца свое гениальное изобретение. Но главное в том, что основные идеи, заложенные в этом изобретении, были верными. Великий ученый правильно указал один из путей, по которому человечество пришло к овладению полетом. Заветы Ломоносова воспринял Менделеев. Его слова: "В опыте и наблюдении надо искать ключ к задачам сопротивления, а только затем прилагать к скопленному запасу силу анализа, если не желают дискредитировать силу самого анализа" стали знаменем, под которым объединились молодые представители передовой русской науки, чтобы преодолеть отжившие, устарелые, но еще прочно державшиеся, схоластические положения.
Молодой Рыкачев21, впоследствии крупный ученый, действительный член Академии наук, в начале 70-х годов прошлого столетия исследовал тягу винта вертолета. Этими опытами он продолжил дело, впервые в мире начатое свыше столетия до него великим Ломоносовым.
Опыты Рыкачева были удивительно просты. На одну чашку обыкновенных весов он ставил часовой механизм, вращавший в горизонтальной плоскости крестовину из четырех стержней. На конце каждого стержня укреплялась прямоугольная рамка, обтянутая материей. Меняя углы наклона рамок и накладывая на другую чашу весов гири, удавалось узнать подъемную силу всего винта. Разделив ее на четыре, - определяли подъемную силу одной наклонной плоской пластинки.
На основе этих опытов Рыкачев сделал правильный вывод, что ньютоновская формула непригодна для определения величины подъемной силы.
В 70-х годах прошлого столетия Дмитрий Иванович Менделеев направил всю силу своего таланта на исследование упругости газов. То был трудный, мало разработанный вопрос, но именно это и привлекало внимание ученого. Он стал исследовать газы под очень высоким давлением и наблюдать их при очень большом разрежении. Отсюда один шаг, и этот шаг сделал Менделеев, к проникновению в тайну верхних слоев атмосферы. В одной работе Менделеев писал: "Занимаясь вопросом о разреженных газах, невольно вступил в область, близкую к метеорологии верхних слоев атмосферы". Он говорил о своем интересе к верхним слоям атмосферы: "Да и сами по себе вопросы этого предмета еще столь мало разработаны, что казались мне вполне достойными всеобщего внимания по их важности".
Не отделяя теоретических задач от их практического применения, Менделеев в 1875 году выступил со своим проектом аэростата с герметической кабиной, предназначенного для исследования верхних слоев атмосферы. Такой аэростат в наши дни называют стратостатом.
Записные книжки Менделеева за 1876 - 1879 годы заполнены заметками по воздухоплаванию, записями о книгах и статьях по этому же вопросу, расчетами летательных аппаратов. Вчитываясь в строки, написанные характерным менделеевским почерком, трудно поверить, что их автор был химиком. Но дело в том, что Менделеева нельзя назвать только химиком - он был великим искателем неизведанного, основоположником новых отраслей знания.
Для дела воздухоплавания и воздухолетания, как называли тогда авиацию, Менделеев стал центром, вокруг которого группировались, на знания которого опирались все лучшие, молодые силы России, все, кто работали над созданием отечественной авиационной науки и техники.
Менделеев сделал очень много, распространяя среди самых широких кругов населения знания, способствующие борьбе за победу над воздушной стихией. Это дало право профессору Евграфу Степановичу Федорову22, выступая на Первом Менделеевском съезде в январе 1908 года, сказать: "С того момента, когда такой знаменитый ученый, как Д. И. Менделеев, указал на значение воздухоплавания и показал, что правильная постановка дела требует многих разнообразных сведений и дальнейших весьма сложных исследований и изысканий, на воздухоплавание стали смотреть иначе".
В остром, боевом стиле, не признавая компромиссов в принципиальных научных вопросах, написал Дмитрий Иванович Менделеев свою знаменитую книгу "О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании".
В этой книге Менделеев вел борьбу на два фронта: и против голого теоретизирования, и против того приспособленчества, каким является узкий практицизм. Он выступал против "рьяного желания охватить умом и анализом то, чего не знают еще почти нисколько". Эти резкие слова Менделеев адресовал к Ньютону. Но и другая крайность, как говорил он, "чисто практическая", также являлась вредной.
"Нужно знать сопротивление артиллерийских снарядов, да кораблей. Их измеряют, к полученным числам или подбирают формулу, или прилаживают некоторые соображения, или делают то и другое, и считают это теорией предмета, не заботясь о том, чтобы связать новые практические порядки с известными уже фактами, с укрепившимися представлениями.
Годно для существующей практики - вот все чего хотят и чем удовлетворяются. Делается это будто и практично, но для практики вовсе негодно, потому что прилажено к прошлому, недостаточно для будущего, есть покорность факту, а не обладание им, орудие надобности, но не власть знания".
Книга Менделеева явилась ударом огромной силы, который был нанесен слепому преклонению перед авторитетом. Эта книга стала краеугольным камнем фундамента, на котором впоследствии Жуковский, в те годы еще только начинавший свою научную деятельность, поставил свои незыблемые, строгие и ясные основные законы аэродинамики. Через тридцать лет после выхода книги Менделеева Жуковский сказал о ней: "она и теперь может служить основным руководством для лиц, занимающихся кораблестроением, воздухоплаванием и баллистикой".
Своими трудами Николай Егорович Жуковский завершил великое дело, начатое учеными России, - Ломоносовым и Эйлером, Рыкачевым и Менделеевым. И в этом списке славных имен по праву должно стоять имя Александра Федоровича Можайского.
Аэродинамические опыты
Аэродинамические опыты Можайского долго оставались в тени. Он вошел в историю техники как конструктор, создатель первого в мире самолета, как человек, первым поднявший самолет в воздух. А Можайский-исследователь был позабыт, хотя и вел долгую, кропотливую исследовательскую работу, необходимую подготовительную работу для того, чтобы мечта о самолете превратилась в действительность.
Какой груз может поднять крыло данной площади? Как изменится величина поднимаемого груза при изменении скорости полета? Под каким углом к направлению движения следует установить крылья летательного аппарата? Как найти тот угол, при котором достигается наилучшее отношение между подъемной силой и сопротивлением крыла? Вот первые вопросы, которые встали перед Александром Федоровичем Можайским, когда он обдумывал конструкцию летательной машины. Теперь каждый, кто изучил основы авиации, даст ответ на эти вопросы. В те годы, когда Можайский начинал свою исследовательскую работу, на эти вопросы не могли ответить даже крупнейшие представители науки.
Только опыт мог дать ответ и на эти, первоначальные, неизбежно возникающие у конструктора вопросы, и на все те, которые должны были встать перед ним в ходе проектирования.
Есть два совершенно различных приема постановки опытов. Ученик профессора Н. Е. Жуковского, академик Б. Н. Юрьев23, сравнивая исследовательскую работу с поисками в неизученной местности, говорит, что исследователь
"пытается с помощью своей теории как бы продолжить "линию известного" в пределах еще неисследованного. При таком развитии теории обычно с некоторого пункта исследователю становится ясным, что далее можно идти с одинаковым правом по двум или даже по нескольким путям. На вопрос, - какой путь выбрать на таком перекрестке, - может ответить лишь опыт".
Продолжая такую работу, исследователь в конце концов приходит к опыту, дающему решение поставленной задачи.
"Такой прием работы, - подчеркивает академик Б. Н. Юрьев, обеспечивает скорейший успех и требует производства лишь немногих, но хорошо выбранных опытов".
Но часто поступают иначе, намечая всевозможные варианты решения задачи, и делают множество совершенно равноценных опытов. При этом ответ на поставленный вопрос ищут в результате опытов, поставленных вслепую.
Этот второй путь технически много сложнее и дороже первого, так как приходится производить множество совершенно бесполезных опытов. И может легко случиться, что при большом количестве произведенных опытов, среди них как раз не окажется нужного, дающего ответ на поставленный вопрос.
Первый метод - путь диалектического подхода к решению задачи - всегда применялся представителями передовой русской науки.
Второй метод - метод эмпирический. Следуя этому методу, американцы однажды испытали свыше полутораста пропеллеров всевозможных форм, но из этих бессистемных опытов не смогли вывести каких-либо общих заключений.
Пользуясь первым приемом, профессор Н. Е. Жуковский поставил всего лишь два правильно намеченных опыта, и они блестяще подтвердили справедливость его вихревой теории воздушного винта.
Можайский, также стихийно применив диалектический опытный метод, получил ответ на основные вопросы, без которых нельзя было на научной основе осуществить проект самолета. Можайский построил специальный испытательный прибор и с его помощью определил аэродинамические характеристики крыльев и других частей самолета.
В "Записках Русского технического общества" за 1883 год было напечатано описание прибора, которым пользовался Можайский при своих опытах. Этот испытательный прибор, реконструированный в наше время24, представляет собой четырехколесную тележку, на которой установлена пирамида из стержней. К вершине пирамиды шарнирно крепится труба, внутри которой вставлена другая трубка, способная скользить в первой. На выдвигающейся трубке устанавливают под любым углом модель крыла.
К свободному концу скользящей трубки прикреплен шнур, перекинутый через ролик, привязанный другим концом к гирьке, лежащей на тележке.
Когда двигают тележку с какой-либо скоростью, то на модели крыла возникает подъемная сила, которая поднимает крыло, приводя его в положение II. Зная, что подъемная сила равна весу крыла, можно ее определить, взвешивая модель крыла.
Сила сопротивления, которая также возникает при движении испытательной тележки, перемещает модель крыла из положения II в положение III, поднимая гирьку.
В этих опытах аэродинамические силы, действующие на модели, уравновешиваются и весом модели и гири. Если установить крыло под другим углом, а тележку двигать с прежней скоростью, то аэродинамические силы, действующие на модель крыла, становятся иными. Измерить их можно тем же способом.
Так, меняя углы установки модели крыла, зная скорость движения испытательной тележки, Можайский определял подъемную силу и лобовое сопротивление. Это были первые в мире систематические опыты над моделями крыльев и других частей самолета.
Прибор Можайского представлял собой, по существу, первые аэродинамические весы, как сегодня называются приборы, которые применяют для измерения аэродинамических сил.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26