То, что Чаплыгин скромно назвал «не лишенным интереса», на деле оказалось чрезвычайно полезным и нужным молодому самолетостроению. Рассмотрев слагающие сил давления на крылья различных профилей, он убедился в том, что профили должны иметь округленную переднюю и острую заднюю кромки, чисто теоретически нашел ставшие потом знаменитыми профили типа инверсии параболы и тем же путем получил для каждого профиля величину подъемной силы.
Продувки в аэродинамических трубах (в частности, в аэродинамической трубе Технического училища) показали, что теоретические положения, сформулированные Жуковским и Чаплыгиным, полностью согласуются с экспериментальными данными. А через несколько лет выяснилось, что профили, найденные с помощью формул, обладают хорошими аэродинамическими качествами, их с успехом применили на самолетах.
Крыловые профили, в том числе типа инверсии параболы, одновременно получил и Жуковский, но получил по-своему. Это послужило толчком к дальнейшим разработкам учеными так называемых «теоретических профилей», то есть выведенных теоретическим путем. Немало преуспел в этом направлении сам Чаплыгин.
Знал ли он цену своему исследованию, видел ли его огромное значение? Существует точка зрения: гений, осознающий себя гением, уже не гений... Обойдемся без крайностей в формулировках, скажем проще: чувствовал он, что совершил, или нет? Сергей Алексеевич, по натуре неоткрытый, не оставил об этом никаких свидетельств, да и не мог оставить. Тогда он был бы другим человеком. Вообще из его уст никогда не выходили слова о себе самом, своей жизни, своем творчестве. Скромность, абсолютное отсутствие тщеславия исчерпывающе полно характеризуют его.
Думая о знаменитом мемуаре ученого, который отделяют от нас уже почти семьдесят пять лет, вспоминаешь слова Даниила Данина: «Научные революции не знают восстаний. О них не возвещают праведные выстрелы. Профессора не прерывают лекций на полуслове. Студенты не бросаются на улицу. Министры не бегут из своих резиденций. На биржах не водворяется паника. Влюбленные не отменяют свиданий. Заведенным чередом продолжается жизнь. И кажется: все тот же век на дворе. И только где-то в тишине лабораторий становится слышен скрип колеса истории, скачком ускорившего свое вращение. И пока только там догадываются: «Нет, наступают новые времена!»
Чаплыгин не устраивал научной революции. Но его гипотеза в раскрытии вековечной тайны полета и создании основ аэродинамики вместе с теоремой Жуковского сыграла решающую роль.
Для подтверждения этого сошлюсь на слова академика С. А. Христиановича:
«История открытия законов полета — одна из наиболее драматичных в науке. Люди веками наблюдали полет птиц, но до начала нашего века все еще оставалось неясным, почему птицы при небольших силах и малых запасах энергии могут совершать длительные перелеты с очень большими скоростями». И далее: «Самое... замечательное в этой работе[3] — утверждение, что если профиль крыла имеет скругленную переднюю и острую заднюю кромки, то при его равномерном движении в жидкости устанавливается циркуляционное течение с непрерывно сходящим потоком у острой кромки. При этом возникает подъемная сила, пропорциональная углу атаки. Дальнейшие опыты показали, как устанавливается такое обтекание, и сделали гипотезу С. А. Чаплыгина почти совершенно очевидной. Таким образом была открыта основная особенность формы крыла!»
Впрочем, мемуар Чаплыгина заканчивался вопросами, которые составили программу последующих экспериментальных и теоретических исследований.
«Скажем несколько слов о том, в каком соотношении изложенная теория стоит, по нашему мнению, к явлениям, имеющим место при реальных условиях, — заканчивает мемуар Чаплыгин. — Первое существенное осложнение вносит трение воздуха о крылья. Эта причина служит источником задерживающей силы, направленной противоположно скорости движения, и нашей теорией совершенно не захватывается... Другое важное обстоятельство, на которое необходимо обратить внимание, — это несколько иной характер потока, устремляющегося на аэроплан, чем предположено в нашей работе. Так как крыло имеет конечную длину, то окружающий воздух не может двигаться плоскопараллельным потоком; его движение за пределами крыльев будет существенно отличаться от разобранного нами. Я полагаю, что на оконечность каждого крыла будет опираться сопутствующий ему вихрь, образующийся благодаря разности скоростей на нижней и верхней поверхностях крыльев».
Чаплыгин в последующих работах стремится развить заданный самим же вопрос. Его интересует учет влияния концов крыла, то есть решение задачи о силах, действующих на крыло в условиях не плоскопараллельного, а трехмерного потока. В разговоре со студентом В. Ветчинкиным, который всегда с великим старанием записывал лекции горячо любимого Николая Егоровича Жуковского, а также и самого Чаплыгина, Сергей Алексеевич заметил:
— Решение задачи о крыле конечного размаха представляет, по всей видимости, непреодолимые математические трудности, но я ясно представляю себе физическую картину вихрей, стекающих с концов крыла...
Сергей Алексеевич решил все-таки побороть «непреодолимые трудности».
Уже упоминалось его сообщение на заседании Московского общества воздухоплавания, датированное ноябрем 1910 года. Тогда он впервые дал представление о крыле конечного размаха, нарисовал картину вихрей, стекающих с концов крыла, сделал анализ природы поддерживающей силы. Это было начало. Осенью 1913 года он доложил о первых итогах своих исследований. Ему удалось приближенно решить задачу, связанную с крылом конечного размаха, получить формулы для подъемной силы и так называемого индуктивного сопротивления — силы, действующей против набегающего на крыло потока воздуха.
Об этом он говорил в Московском обществе воздухоплавания и на III Всероссийском съезде воздухоплавания, избравшем его почетным членом.
Эти работы заинтересовали Жуковского, однако продувки крыла конечного размаха в аэродинамической трубе Московского университета не подтвердили теоретических выкладок Чаплыгина. Оказалось, что силы, воздействующие на крыло в плоскопараллельном и трехмерном потоках, практически одинаковые. Не были обнаружены вихревые жгуты, которые, по предсказанию Чаплыгина, точнее, его расчетов, должны сходить с концов крыла.
И к разработке теории крыла конечного размаха Чаплыгин больше не возвращался. А между тем, как показало развитие событий, направление было выбрано Чаплыгиным верное и перспективное.
Прежде всего отметим, что тот же Ветчинкин довольно успешно применил, например, некоторые чаплыгинские данные по индуктивному сопротивлению в своем дипломном проекте при расчете устойчивости самолета, принимая во внимание действие сбегающих с крыла вихрей на хвостовое оперение. Известна также докладная записка, отправленная в мае 1916 года на имя помощника начальника управления Военно-воздушного флота по технической части за подписью Н. Е. Жуковского, Г. Лукьянова и В. Ветчинкина. В разделе, касающемся увеличения скорости и грузоподъемности аэропланов, авторы приводят результаты Чаплыгина по теории крыла конечного размаха, которые предполагают положить в основу экспериментальных исследований.
Наконец самое главное: теория крыла конечного размаха была все-таки создана. Ее разработал профессор Геттингенского университета Людвиг Прандтль со своими учениками. Он выявил два важных для практики фактора: зависимость аэродинамического качества крыла от его удлинения и наличие так называемого скоса потока за крылом.
Почему же исследования по теории крыла конечного размаха, столь удачно начатые Чаплыгиным, более не продолжались? Мог ли их провести Жуковский? У самого Чаплыгина, кстати говоря, не возникало и тени сомнения в чистоте эксперимента. А между тем выяснилось, что именно в техническом несовершенстве аэродинамической трубы и крылась разгадка. Зазоры у стенок приводили к погрешностям в измерениях. Ни Жуковский, ни Чаплыгин не знали этого. Что касается Николая Егоровича, то он в ту пору занимался многими вопросами, в частности вихревой теорией винта. Она казалась ему более ясной и изученной, в ней он видел больше возможностей практического использования. А вскоре началась первая мировая война, Жуковский занялся деятельностью, связанной с повышением боевой эффективности русских самолетов. Чисто теоретические вопросы отошли на второй план.
Нисколько не умаляя заслуг выдающегося ученого Прандтля, отметим ради справедливости: основные положения теории крыла конечного размаха созданы Чаплыгиным. К сожалению, о них западные исследователи не были хорошо осведомлены: скорее всего помешала этому начавшаяся вскоре мировая война, прервавшая международные научные связи. Да и, кроме того, в России доклады ученых, особенно в области авиации, широко не публиковались и зачастую оставались в виде сообщений и официальных записок в архивах разного рода комиссий и обществ.
Работы же Прандтля по крылу конечного размаха оформились в печати в 1918—1921 годах.
...И еще одна чаплыгинская работа тех лет привлекает внимание — «Теория решетчатого крыла», увидевшая свет в 1914 году. Возможно, считает ученый, аэроплан с решетчатыми крыльями будет более устойчив в полете. А если в крыле самолета сделать сквозную прорезь (щель), то подъемная сила значительно увеличится, правда, при определенных условиях, а именно при больших углах атаки. Тогда под действием разности давления на нижней и верхней поверхностях крыла воздух устремляется через щель из области под крылом в область над крылом, что и приведет, по мнению ученого, к возрастанию подъемной силы.
Такие крылья получили в дальнейшем название щелевых, или разрезных.
Прошли десятилетия, были поставлены тысячи экспериментов, построены сотни моделей разрезных крыльев, и выяснилось, что они уступают обыкновенным крыльям по прочности. В современном самолетостроении к разрезанию крыла не прибегают, а используют с той же целью предкрылки или щелевые закрылки. Таким образом, можно с полным основанием считать, что работа Чаплыгина «Теория решетчатого крыла» положила начало глубоким многолетним исследованиям крыльев летательных аппаратов, причем эти исследования вел и сам Чаплыгин (о чем говорит работа 1921 года «Схематическая теория разрезного крыла аэроплана»), и многие другие ученые. Одним словом, Чаплыгин — родоначальник теоретических исследований по механизации крыла.