Для такой замены реального тела вихрем (Жуковский назвал его присоединенным) и потоком вокруг присоединенного вихря у Жуковского было достаточно оснований. Большой знаток механики, Николай Егорович отлично знал теорию вихрей, разработанную Гельмгольцем.
Соответственно этой теории, вихрем называют столбик жидкости, вращающейся наподобие твердого тела. Это вращение вихря передается окружающей его жидкости, которая приходит во вращение, причем окружные скорости частиц этой жидкости по мере удаления от вихря убывают.
Гениальность идеи Жуковского и состоит в том, что в придуманной им расчетной схеме обтекания он заменял тело вихрем с интенсивностью (или, как иначе говорят, циркуляцией), соответствующей как форме этого тела, так и положению его относительно потока.
Модель процесса, которую нарисовало воображение Жуковского, доступна математическому решению и в то же время вполне соответствует тому, что имеет место в действительности. Чтобы в этом убедиться, достаточно посмотреть на взаимодействие потока, набегающего на тело, и потока вокруг вихревого шнура, которым это тело заменено. Изобразив скорости обоих потоков и сложив их геометрически, мы увидим, что над вихревым шнуром суммарная скорость окажется большей, чем под ним. Иными словами, к модели можно применить закон Бернулли, так же как и к реальному телу. Давление над вихрем будет пониженным, а под вихрем – повышенным. Разность же давлений образует подъемную силу.
Формула, которую вывел Жуковский, воспользовавшись своей догадкой, была предельно проста. Для того чтобы подсчитать подъемную силу, достаточно перемножить три величины: плотность и скорость набегающего потока воздуха и циркуляцию потока, находящегося во вращении.
И плотность, и скорость набегающего потока воздуха без труда поддавались измерению. Что же касается циркуляции, то тут дело обстояло гораздо сложнее. Отыскать связь между данным профилем, его положением в потоке и соответствующей этому циркуляцией удалось лишь благодаря напряженным поискам, которые в течение нескольких лет вел Николай Егорович вместе с Сергеем Алексеевичем Чаплыгиным.
Эта совместная работа Жуковского и Чаплыгина позволила установить, что при обтекании крыла, профиль которого имеет острую заднюю кромку, струйки, текущие по его верхней и нижней поверхностям, встречаются у задней кромки и сходят с нее с равными скоростями. Это положение вошло в аэрогидродинамику под названием постулата Жуковского – Чаплыгина.
С.А. Чаплыгин
Исследования Николая Егоровича и его лучшего ученика убедительно подтвердили, что для некоторого класса крыльевых профилей зависимость циркуляции от формы профиля и угла атаки может быть получена расчетным путем, если эти профили обтекаются идеальной (то есть лишенной вязкости) жидкостью. Эти профили широко известны и использовались во многих странах мира под именем профилей Жуковского.
Построение таких профилей открыло новую страницу в самолетостроении. Они, как принято говорить в авиации, относятся к числу толстых профилей. Иными словами, конструкторы получили возможность строить самолеты с достаточно толстыми свободно-несущими крыльями, лишенными тех характерных для первых лет авиации подкосов и расчалок, которые значительно увеличивали лобовое сопротивление машины. Более того, благодаря толстым профилям удалось «спрятать» внутрь крыла двигатели, баки с горючим и некоторые другие грузы.
Вот почему мы с полным основанием можем утверждать, что профили Жуковского и их модификации сделали целую эпоху в самолетостроении, и не случайно в отчете об одной из довоенных европейских авиационных выставок говорилось по поводу крыльев большинства экспонировавшихся там самолетов, что это демонстрация металла, которому придана форма профилей Жуковского.
Трудно, нет, просто невозможно преувеличить роль этого открытия. Жуковский сделал неоценимый вклад в дальнейшее развитие аэро-гидродинамики, в развитие сопряженных с ней областей техники. Его теория ослепительным светом прожектора осветила множество проблем. Практики, шагавшие на ощупь, эмпирически, получили возможности для смелого, уверенного продвижения вперед.
Новая теория вооружила тех, кто проектировал самолеты и компрессоры, вентиляторы и турбины, воздушные винты ч и корабельные рули. Она начала свое триумфальное движение по миру техники, прославляя имя своего творца, умножая славу науки нашей Родины.
Два года отделяли возникновение идеи от опубликования классического труда «О присоединенных вихрях».
Два года – срок немалый, но разве можно было быстрее решить эту сложную задачу? Великие события потрясали страну. И даже Жуковский, обычно с головой уходивший в свои научные занятия, человек, крайне далекий от политики, не мог остаться равнодушным к той буре, которая пронеслась над Россией. Жизнь властно стучалась в кабинет ученого, отвлекая его от «чистой науки».
Глава четвертаяЗаслуженный профессор
Россия в огне
Начало XX века принесло России жесточайший промышленный кризис. Закрывались фабрики и заводы. Тысячи рабочих выбрасывались на улицы. Их положение, и без того тяжелое, становилось просто невыносимым. Кризис ускорил политическое пробуждение народа. Грозная волна политических стачек катилась по стране.
Неспокойно стало и в стенах университета. Передовая часть студенчества хотела шагать в ногу с народом. Полиция разгоняла студенческие сходки. По примеру рабочих молодежь отвечала стачками.
В 1901–1902 годах в России бастовало около трех тысяч студентов.
На революционный подъем студенчества правители России ответили по-своему. Временные правила разрешили отдавать неугодных в солдаты. Студенты взволновались еще: больше, и в 1901 году ученый Совет совет Московского университета вынес специальное решение о необходимости их успокоить.
Жуковскому хорошо запомнились события начала века. Его друг Тимирязев отказался подписать резолюцию Совета. Великого ботаника вызвали к попечителю Московского округа П. А. Некрасову, и, как мы знаем из опубликованных впоследствии дневников Тимирязева, он получил выговор за то, что уклонился «от влияния на студентов в интересах их успокоения».
Оскорбленный Тимирязев немедленно подал в отставку. Весь профессорский совет, узнав об этом, явился к нему на квартиру и с трудом уговорил Климента Аркадьевича взять обратно свое прошение.
Такое событие не могло не произвести на Николая Егоровича впечатления, и, вероятно, когда; был улажен конфликт, ученые не раз беседовали друг с другом. На многое могли раскрыть Николаю Егоровичу глаза эти беседы с Тимирязевым.
Все сложнее, все беспокойнее становилась политическая обстановка в России. С циничностью палача оценил эту обстановку министр внутренних дел Плеве: «Для предотвращения революции России нужна небольшая победоносная война!»
Войны не пришлось долго ждать. На Дальнем Востоке завязались жестокие кровопролитные сражения. Там столкнулись интересы двух империалистических хищников – России и Японии. «Кровопускание», о котором мечтали реакционеры, началось, хотя совсем не так, как хотелось царю и его клике.
Япония наводнила Дальний Восток шпионами. Убедившись в неподготовленности России, она внезапно открыла боевые действия. Первый удар был нанесен вероломно, исподтишка. Не объявляя войны, японский флот приблизился к крепости Порт-Артур. Миноносцы с потушенными сигнальными огнями прокрались на рейд и взорвали лучшие русские корабли: «Ретвизан», «Цесаревич», «Палладу».
Через несколько часов после атаки на Порт-Артур сильный японский отряд внезапно обрушился на корабли «Варяг» и «Кореец». Застигнутые врасплох у берегов Кореи, русские корабли не сдались, как рассчитывали японцы. Они вступили в неравный бой и погибли.
Большим горем для России стали события на Дальнем Востоке. Вместе с матросами на броненосце «Петропавловск» погиб и их командир – адмирал Степан Осипович Макаров. Сын моряка, вышедшего из нижних чинов, Макаров отличался равной смелостью и в битвах с врагом, и в тех сражениях с неизвестностью, которые вел как ученый. Макаров отлично знал гидрологию и океанографию, был большим специалистом по минному оружию и теории непотопляемости. Он прославил свое имя постройкой замечательного корабля – первого в мире ледокола «Ермак», первым использовал кино как средство научного исследования, чтобы изучить поведение корабля во льдах.
Знакомство с Макаровым повелось у Жуковского через Алексея Николаевича Крылова. В одном из писем адмиралу, датированном 1900 годом, Крылов писал, что виделся с Жуковским, который «занимался некоторыми теоретическими исследованиями о движении ледоколов во льду». Сообщая об этом Макарову, Крылов посылал ему даже схему той задачи из теории упругости, которую намеревался решить Жуковский.
Николай Егорович с огромным интересом следил за рождением «Ермака», и об этом убедительно свидетельствует другое письмо, которое 28 января 1901 года А. Н. Крылов направил адмиралу Макарову:
«В прошлом году, – писал А. Н. Крылов, – я докладывал Вашему Превосходительству, что проф. Н. Е. Жуковский желал бы воспользоваться одним из рейсов “«Ермакаˮ», чтобы видеть его работу во льду и проследить самый процесс ломки льда и проверить некоторые теоретические свои соображения. Вы тогда изволили мне приказать напомнить Вам просьбу профессора, когда “«Ермакˮ» вернется из Англии. Если уже предположены рейсы “«Ермакаˮ» в Кронштадт или Петербург или какие-нибудь иные и если исполнение просьбы Н. Е. Жуковского не представляет неудобств, то я осмеливаюсь просить Ваше Превосходительство сообщить мне Ваше решение для передачи Николаю Егоровичу».
О том, что произошло дальше, можно строить только догадки. Доподлинно известно одно: получив письмо Крылова, адмирал тотчас же ответил телеграммой: «Профессора Жуковского охотно приглашу на “«Ермакˮ», как только он пойдет, и поручу командиру его снестись непосредственно с профессором. Макаров».
К сожалению,