Теория воздушного винта
Когда погас фейерверк юбилея, снова возвратились будни. Как и прежде, Жуковский ездит на занятия, читает лекции в Техническом училище и университете, отдает много сил своему любимому детищу — воздухоплавательному кружку.
Еще не получив диплома об окончании училища, удостоверяющего их право на самостоятельность, лучшие из кружковцев напористо входили в науку. С большим удовольствием прочитал Жуковский работу студентов Сабинина и Юрьева. На суд профессору представлено глубокое исследование, новая теория воздушного винта, преобразующего мощность двигателя в тягу винта и скорость самолета.
Уже Леонардо да Винчи увидел в воздушном винте источник подъемной силы, а наш великий соотечественник Михаил Васильевич Ломоносов пытался практически эту силу использовать. Винты приводили в действие первые дирижабли и первые аэропланы. Однако создать законченную теорию винтов долгие годы не удавалось.
Неизученность воздушных винтов тормозила развитие авиации. Отсюда и интерес Жуковского к этой проблеме.
Первое исследование Николая Егоровича в области винтов относится к 1898 году. Он назвал его «О крылатых пропеллерах». Спустя девять лет, в 1907 году, увидела свет «Теория гребного винта с большим числом лопастей», где Жуковский рассматривал возможности винта как источника подъемной силы вертолета и источника тяги для аэроплана.
Новая работа — новый шаг вперед. Ее выводы отнюдь не плод кабинетных размышлений. Верный своему обыкновению искать в опыте почву для выводов, Жуковский не только руководитель, но и непосредственный участник экспериментов, проводившихся в Кучинском аэродинамическом институте. С шумом раскручивается винт, вращаемый электромотором. Гудит отбрасываемый им воздух, ползет вперед стрелка тахометра, отсчитывая нарастающее число оборотов, ползет и стрелка динамометра, измеряющего силу тяги.
В работе исследователя мелочь, незамеченная верхоглядом, может оказаться самородком, подсказывающим путь к золотоносному массиву. Вот почему так старательно вникает во все детали опытов Жуковский, и эта любознательность едва не стоит ему жизни: кусок лопасти, оторвавшийся при испытании, просвистел совсем рядом с головой.
Но разве опасность может отпугнуть настоящего исследователя? Опыты продолжаются. Их результаты подсказывают Жуковскому новые конструкции винтов. Винты совсем не похожи друг на друга ни формой, ни материалами. Но ведь тем и интереснее, тем шире выводы, которые можно сделать из проведенных экспериментов. Уровень исследования 1907 года неизмеримо выше прежних работ по винтам. Однако и новый труд не принес полного удовлетворения. Его результаты еще нельзя использовать для практических инженерных расчетов, а работу, которая не в состоянии служить практике, Жуковскому трудно считать завершенной.
Да и винты продолжали оставаться «белым пятном» на карте авиационных знаний. И тем, кому нужно было их точно рассчитывать, это «белое пятно» приносило много хлопот.
Среди таких людей вскоре оказался один из учеников Жуковского, студент Юрьев, начавший работу над проектом геликоптера.
Существовавшие в ту пору теории привели Юрьева к странному выводу; мощность несущего винта, подсчитанная двумя способами, расходилась ровно вдвое. Который же из полученных ответов правилен? Быть может, оба они в равной степени далеки от истины? Молодой конструктор растерялся и обратился за помощью к своему товарищу по воздухоплавательному кружку — Сабинину.
Сабинин живо откликнулся на просьбу Юрьева. Но не так-то просто оказалось расколоть твердый орешек. Юноши вели долгие и, увы, бесплодные теоретические дискуссии. Не раз в этих спорах принимал участие и Жуковский. Зайдя в лабораторию, он увлекался, забывая обо всем, порой даже о лекции, которую предстояло прочитать.
Но сколь ни горячи споры, чтобы отыскать истину, нужны были новые, дополнительные опыты. С этой целью Сабинин создал простую, но весьма оригинальную установку. Модель винта он посадил на вал маленького электромоторчика. Дым от папиросы, вдуваемый в воздушный поток, проявил движение воздушных струй, сделал их зримыми.
Часами просиживал Сабинин подле своей установки. И его добросовестность принесла плоды. Молодой исследователь обнаружил, что струя воздуха за плоскостью винта сжимается и коэффициент сжатия ее равен двум.
Таким образом, после обработки результатов наблюдений удалось раскрыть причину расхождений, выявленных Юрьевым.
Но правы ли молодые исследователи? Жуковский внимательно просматривал их выкладки:
— Да, результат бесспорен.
Николай Егорович тщательно проверяет расчеты. Он делает обстоятельные пометки и поправки, заменяет некоторые формулы. Теория приобретает все более и более законченный вид.
«Для большей убедительности, — вспоминал потом профессор Г. X. Сабинин, — я снял аэродинамический спектр винта, сделав микроскопический флюгерок. По многу времени мы с Б. Н. Юрьевым наблюдали течение струй за винтом, перенося флюгерок в различные части струи. Иногда к нам присоединялся и Николай Егорович. Мой флюгерок ему очень понравился, и позднее на своих лекциях он рассказывал о моем способе снимать спектр винта, назвав его «манерой Сабинина», чем я очень гордился. Нашей теории гребного винта Николай Егорович посвятил целую главу в своем курсе «Теоретические основы воздухоплавания». В этот курс он включил доклады и других студентов».
Молодые ученые действительно добились успеха. Они блестяще развили мысль, высказанную еще в 1892 году Джевецким, о сходстве лопасти винта с крылом, но даже после этого Жуковский еще не счел работу завершенной.
Причины неудовлетворенности профессора понять не трудно. Ведь если согласиться с тем, что на лопасти винта и крыле возникают сходные аэродинамические силы, то это означает, что к винту можно применить теорию подъемной силы, разработанную для крыла им совместно с Чаплыгиным.
Однако пока этого сделать не удалось не только Сабинину и Юрьеву, но даже самому Николаю Егоровичу Жуковскому.
Сейчас, когда мы оглядываемся назад, многое кажется совершенно простым и ясным. Но не следует забывать, что в те дни, когда Сабинин и Юрьев разработали новую точку зрения на винты, теория подъемной силы крыла Жуковского — Чаплыгина еще не успела выйти из первой фазы своего развития. Она была справедлива лишь для крыльев бесконечного размаха. Неумение рассчитать крыло вполне определенных размеров и было барьером, отделявшим Жуковского от теории гребных винтов, способной полностью удовлетворить запросы практики.
