Глубоко заинтересованный теоретическими заключениями Чернова, профессор Н. Е. Жуковский сделал в Москве, в марте 1894 года, доклад по поводу «Теории летания, предложенной Д. К. Черновым».
Все предшествующее развитие науки и техники к концу XIX века настолько подготовило и приблизило осуществление тысячелетней мечты человечества, что иногда трудно установить, кому принадлежит тот или иной решительный шаг в деле осуществления механического летания по воздуху. Может быть, работа Чернова по теории летания имела огромное влияние на разрешение вопроса, а может быть, единственным практическим следствием ее было установление дотоле не существовавшей связи между Воздухоплавательным отделом Русского технического общества, находившимся в Петербурге, и Московским воздухоплавательным обществом. Как бы то ни было, но предпосылки для решения великой задачи в России были налицо, и оставалось явиться уму с великой способностью к обобщению, к проникновению в физическую сущность явлений, который бы закончил работу своих предшественников и получил бы славное имя «отца русской авиации».
Таким умом обладал Николай Егорович Жуковский, которому Великая Октябрьская социалистическая революция, как и Циолковскому, принесла не только полное и великое признание, но и предоставила в его распоряжение средства для создания всемирно известного теперь центра аэродинамической науки — Центрального аэрогидродинамического научно-исследовательского института.
Глава втораяРусская аэродинамическая школа
Лет шестьдесят назад люди, близко стоящие к московскому городскому хозяйству, столкнулись с загадочным и непонятным явлением: то и дело, без всякой видимой причины, лопались прочные магистральные трубы водопроводной сети. Бедствие принимало такие размеры, что нашлись хозяева, считавшие нужным вовсе отказаться от водопровода и возвратиться к прежней системе водоснабжения. Старая система, как известно, состояла в доставке воды бочками и ведрами из Москвы-реки и дворовых колодцев.
После некоторых размышлений Управление городским хозяйством создало комиссию для изучения странного явления. В комиссию решено было ввести профессора механики Московского высшего технического училища Николая Егоровича Жуковского. Приглашение это было не случайным. Еще когда водопровод проектировался и строился, к Жуковскому обращались за разрешением разных сложных вопросов и получали от него всегда ясные и правильные ответы, иногда даже в виде целых докладов и статей. Так, например, отвечая однажды на запрос о возможной мощности водосбора в мытищинских родниках, он установил, что колебание уровня подпочвенных вод связано с давлением барометра, и создал классический труд «О движении подпочвенных вод». Он даже продемонстрировал на докладе движение струек воды в песках, точно указав законы этого движения.
Вслед за тем в другой своей работе, «О влиянии давления на насыщенные пески», Николай Егорович доказал закономерность связи между уровнем подпочвенных вод и атмосферным давлением, измерение которого отмечается барометром.
Он объяснил, что в песках всегда находятся пузырьки воздуха, которые сжимаются при увеличении давления. По характеру колебаний уровня подпочвенных вод Жуковскому и удалось определить емкость водовместилища. Так как она оказалась недостаточной, мысль о расширении водопровода в Мытищах была оставлена и решили строить Рублевскую станцию.
Мало того, что Жуковский помог строителям составить представление о мощности источников для снабжения водой Москвы и выбрать место для водокачки, — он неожиданно оказал большую помощь конгрессу врачей в Вене: конгресс изучал вопрос о развитии эпидемий в связи с колебанием уровня подпочвенных вод. Труд московского ученого сыграл видную роль в занятиях и решениях съезда.
С проектированием Рублевской станции и было связано в особенности неотложное решение вопроса о причинах систематических повреждений труб московского водопровода.
Для изучения причин бедствия, постигшего московский водопровод, Жуковский отправился на Алексеевскую водокачку, под Москвой. Он указал комиссии, что, по его мнению, главная причина аварий магистральных труб заключается в развитии сильного ударного действия воды в трубах, когда их быстро открывают или закрывают. Чтобы проверить свою догадку, ученый решил основательно исследовать это явление гидравлического удара. Все происходящее внутри чугунных труб Жуковский представлял себе и без того очень ясно. Пожалуй, он даже угадывал основные черты закона, управлявшего поведением воды. Однако, чтобы выразить этот закон с помощью непреложных формул, требовалось обследовать явление опытным путем.
По указанию Николая Егоровича на водокачке соорудили опытную сеть водопроводных труб разных диаметров. Сеть заставляли работать при самых разнообразных условиях. Электрические звонки, хронометры, пишущие аппараты сторожили каждое движение воды, каждое колебание труб, давая знать о них ученому. Опытная сеть была построена с большим остроумием и предусмотрительностью.
Прежде всего экспериментатор определил длину и скорость волны при гидравлическом ударе. Затем он убедился в том, что действительно все явления гидравлического удара объясняются возникновением и развитием в трубах ударной волны, происходящей в несжимаемой жидкости от расширения стенок трубы. Инженеры, строившие водопровод, не обратили внимания на то, что когда задвижка или кран быстро закрываются, то вода останавливается и такое состояние ее передается в трубах по закону распространения волнообразного движения. Обстоятельство это строители упустили из виду, очевидно, потому, что имели дело не с длинными трубами. В коротких же трубах, ввиду громадной скорости распространения ударной волны, подъем давления кажется происходящим вдоль всей трубы одновременно.
После этого Жуковский установил без большого труда, что опасное возрастание интенсивности гидравлического удара начинается при переходе ударной волны с труб большого диаметра на трубы малого диаметра. Такое возрастание в конце концов, при особо неблагоприятных условиях, вызывает разрыв трубы.
Установив причину аварий, исследователю оставалось только предложить меры к их предотвращению. Они напрашивались теперь сами собой. Раз аварии вызывались быстрым закрыванием кранов и задвижек, естественно, что для предупреждения их следовало ввести медленное закрывание и открывание кранов.
Как только такие краны, с приспособлением для медленного закрывания, были введены, так тотчас и прекратились аварии, донимавшие московский водопровод.
Кроме того, Жуковский рекомендовал для ограждения водопроводных труб от аварий устраивать на магистрали воздушные колпаки, которые, как подушки, смягчают ударное действие воды в трубах.
Вы думаете, что этим дело и кончилось? Нет, водопроводные аварии и медленно завинчивающиеся краны для Жуковского оставались только внешними границами практического мира. Истинная наука начиналась за этими границами, а Жуковский был великий ученый. Он заглянул гораздо глубже в сущность стихии и, возвратившись в практический мир, предложил нечто, похожее на колдовство. Он, видите ли, нашел способ определять место аварии, не выходя из водокачки и не дожидаясь, когда вода в месте разрушения трубы выступит на поверхность мостовой, давая знать об аварии. Секрет заключался в том, чтобы создать искусственный гидравлический удар на водокачке, а затем взглянуть на ударную диаграмму, автоматически вычерчиваемую на бумаге особым прибором. Пользуясь теоретическим построением Жуковского, по этой диаграмме оказалось возможным точно определять место, где происходит утечка воды.
Когда старых рабочих-водопроводчиков прислали впервые на спокойную улицу с сухой и чистой мостовой и сказали им: «Ройте, тут лопнула труба!» — они посмотрели на инженера, как на человека, сошедшего с ума или решившего пошутить. Сняв верхний покров мостовой, люди приступили к работе молча. Рабочих оскорбляло неуважение к их труду, казавшемуся заведомо напрасным и бесполезным. Молодой инженер и сам ждал, закусив губы. Люди шумно швыряли землю, но ждать пришлось недолго. За песчаным слоем последовала глина, напитанная до отказа водой, и вслед за тем захлюпала жидкая грязь: место разрыва трубы было определено по диаграмме с точностью до одного метра.
Так была решена профессором Жуковским задача о величине гидравлического удара и о скорости его волны. Это было первое полное и точное решение в науке.
Когда Жуковский 26 сентября 1897 года делал доклад об этом решении в Политехническом обществе, деловой вечер обратился в триумф теоретической науки и ее блестящего представителя. Работа Жуковского «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах», переведенная вскоре почти на все языки, стала теоретической основой для совершенствования всех гидравлических машин. Московский профессор рассеял туман, окутывавший многие вопросы, связанные с работой таких машин. Гидротехники получили возможность производить точные расчеты не в одном водопроводном деле. Прежде всего были созданы правильные конструкции гидравлических таранов: тараны работали доселе очень плохо, так как наука не имела оснований для расчета длины трубы, подводящей воду. Как обеспечить наивыгоднейшее использование в таране гидравлического удара, никто не знал.
Теперь гидравлический таран, попав в сферу влияния научных идей русского ученого, начал жить заново. Без всяких дополнительных сооружений, без насосов, плотин и моторов, тараны сейчас в некоторых колхозах подают из ложбин и овражков с текучей водой высоко наверх, в коровники и конюшни, живую струю воды.
Таковы теоретические и практические результаты решения одной задачи, такова история этого решения. За долгую и страстную свою жизнь Жуковский решил их несколько сотен. И все они были труднейшими из задач, предложенных мировой науке инженерами, техниками и практическими работниками самых разнообразных областей жизни.