Николай Егорович Жуковски - бащата на руската авиация

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Биографиите на великите хора често се изготвят по същата схема: в детството бъдещият велик човек вече започва да се появява с необикновени способности, които радват роднини и приятели, след това следва триумфален поход към славата, в заключение - спокойна старост в кръгът на любящите внуци и последователи. Всъщност биографиите са толкова разнообразни, колкото и самите хора. Пример е животът на великия руски учен и инженер Николай Егорович Жуковски.

ПЪРВИТЕ СТЪПКИ НА УЧЕН

Като начало този прекрасен математик в началото на училищния си живот беше най-лошият математик в класа. Той обаче се потруди и завърши гимназия с медал.

Казват, че талантът е преди всичко умението да се работи. Животът на Жуковски дава всички основания за подобно твърдение.

От ранно детство (Жуковски е роден на 17 януари 1847 г.) той е свикнал с упорити умствени занимания. В същото време момчето обичаше да чете научно-фантастични романи. „Въздушният кораб“на Жул-Вернов дълго време се пази в библиотеката на Жуковски сред сериозни научни книги.

След като завършва гимназия в Москва, родителите препоръчаха на младежа да влезе в Московския университет. Той не искаше това. Той пише на майка си: „Когато завърша университет, няма друга цел освен да стана велик човек, а това е толкова трудно: има толкова много кандидати за името на великия“.

По примера на баща си, той ще стане железопътен инженер. Но за да отиде да учи в Санкт Петербург, където се намираше Институтът на железопътните инженери, са необходими пари, а това най-много му липсваше на Жуковски.

И сега 17-годишният Жуковски е студент във Физико-математическия факултет на Московския университет. Отказана му е стипендия. Финансово ограничен, той минаваше през уроците, подготвяше и публикуваше лекции, живееше повече от скромно. На моменти беше много трудно. След това слагаше коженото си палто, което едновременно служеше и за одеяло, и тичаше през зимата с леко палто, което „не само не топли“, оплака се той, „но е ужасно студено“.

Но с всичко това Жуковски направи много. Не доволен от завършването на задължителен университетски курс, младият Жуковски беше ангажиран в научен математически кръг. Прекрасните университетски преподаватели - Зингер, Столетов - събудиха невероятната жажда за знания, скрита в младия човек, жаждата за творчество. През 1868 г. - 21-годишен - Жуковски получава степен кандидат на математическите науки.

Желаейки да получи практическо образование, той все пак постъпва в Санкт Петербургския институт на железопътните инженери. Но бъдещият велик инженер… се провали на изпита.

След като напуска института, той започва да преподава, първо в женска гимназия, след това в Московското висше техническо училище. Оттогава в продължение на половин век – до края на живота си – той неуморно обучава в стените на училището кадри от руски инженери. Една от най-ярките страни на многостранния талант на Жуковски се разкрива в неговата педагогическа работа.

Жуковски обаче не спира научната дейност нито за един ден. Той започва да изучава кинематиката на течно тяло, тоест законите за движение на течностите.

По това време теорията за движението на твърдо тяло вече е била добре развита. Тук всичко беше ясно. В механиката на течностите имаше само първите плахи изследвания. Получените формули не пресъздават ясна картина на движението на течността и не винаги могат да бъдат приложени.

В първата си голяма работа Жуковски разглежда подробно най-сложното движение на частица във флуиден поток. След като извърши сериозен математически анализ и анализира цялата предишна работа на други учени, той показа изненадващо просто, ясно на всички какво се прави с частица във флуиден поток: тя се движи напред, върти се около ос и променя формата си от топка до елипсоид.

Решението на този проблем донесе на младия мъж магистърска степен.

НОВА МЕЧТА

Младият майстор заминава за чужбина. Той посещава лекции на водещи учени, среща се с инженери и изобретатели.

Тук той се срещна за първи път с изследователи по въздухоплаване. По това време нямаше самолети. Но мисълта на човека все по-упорито се насочваше към тази идея. В различни страни се появиха изследователи, които построиха модели на апарати, по-тежки от въздуха и извършиха всякакви тестове с тях.

Професор Лангли във Вашингтон построява самолет, задвижван от парен двигател

Тези модели обикновено се задвижват от малки двигатели. Например, професор Лангли във Вашингтон построява самолет, задвижван от парен двигател с мощност 1 конски сили. По време на тестовете това устройство-автор го нарече "летище" - прелетя 160 метра срещу вятъра за 1 минута 46 секунди. Този резултат ще изглежда много скромен за съвременните авиомоделисти, но тогава, в зората на развитието на авиацията, това беше истинско постижение.

В чужбина Жуковски наблюдава полети на модели, построени от европейски дизайнери. Голяма част от мистерията на полета все още не беше разгадана. По-скоро тук всичко беше неясно. Някои гатанки. И от това време до гроба Жуковски беше обзет от мечтата да завладее въздушната стихия.

ПЪТЯТ КЪМ ЗАВОЕВАНЕТО НА ВЪЗДУХА

Той видя, че на практика в тази област хората все още не са постигнали нищо. Жуковски взе много модели със себе си в Москва. Нека го разберем у дома! Той донесе със себе си и интересна новост - велосипеда на френския изобретател Мишо. Тази машина беше малко като модерен велосипед. Тя имаше огромно предно колело с педали и малко задно. Трябваше много изкуство, за да караш такъв велосипед.

В околностите на село Орехово, Владимирска губерния, където Жуковски е прекарал лятото през 1878 г., може да се наблюдава любопитна гледка. Брадат мъж с … широки червени крила на гърба си яздеше през полето на висок велосипед. Крилата бяха направени от бамбук и покрити с плат.

Карайки велосипед с различни скорости, Жуковски се опита да разбере тайната на повдигащата сила на крилата. Интересуваше го как се променя при различни условия и на кои части на крилата действа по-силно. Така в съчетание на мислител и експериментатор се формира стилът на работата на великия руски учен.

Скоро Жуковски защитава докторската си дисертация „За силата на движението“. По това време той вече е избрал безвъзвратно основната си линия в науката. Той работи върху голямо разнообразие от проблеми на своето време. Но каквото и да трябваше да направи, вече не му оставаше мисълта да лети.

От година на година той развива теорията на полета. През ноември 1889 г. в Обществото на любителите на естествената история той излага „Някои съображения относно самолетите“. През януари 1890 г. Жуковски се появява на трибуната на конгреса на руските лекари и естествоизпитатели с доклад на тема „Към теорията на летенето“. През октомври 1891 г. на заседание на Московското математическо дружество той прави доклад „За кръжането на птиците“.

В тази последна работа Жуковски, наред с други неща, доказа възможността за реализиране на "примка" в самолет. Това беше още преди да излети първият самолет. Почти „мъртъв цикъл“за първи път е приложен почти четвърт век по-късно от известния руски пилот Нестеров.

Дизайнерите във всички страни се опитаха, в сляпа имитация на птици, да намерят решение на проблема с човешкия полет. Редица изобретатели смятаха, че като прикрепят крила към себе си, човек ще може да се издигне във въздуха със силата на мускулите си. Те забравиха, че съотношението на мускулното тегло към телесното тегло при хората е седемдесет и два пъти по-малко от това на птиците. Те дори не са взели предвид факта, че човек е осемстотин пъти по-тежък от въздуха, докато птицата е само двеста пъти по-тежка. И така всички опити да летим „като птици“неизменно завършваха с неуспех.

Дизайнерите на самолети сляпо имитират птици, мислейки, че като прикрепят крила към себе си, човек може да се издигне във въздуха със силата на мускулите си

Жуковски, от друга страна, вижда и други начини за развитие на авиацията: „Мисля, че човек ще лети, разчитайки не на силата на мускулите си, а на силата на ума си.

Той вече беше виждал във въображението си самолети, построени според законите на аеродинамиката, летящи свободно във въздушния океан. Но такива закони все още трябваше да се намерят и самолетите трябваше да бъдат създадени. А създателят на аеродинамиката - науката за движението на телата във въздуха - беше самият Жуковски.

Самолетите са работили усилено в много страни. Следва инженерът и изобретател Ото Лилиентал. Стилът на работата му отчасти напомняше на самия Жуковски: теория, съчетана с експеримент.

„В техниката на летене“, каза Лилиентал, „има твърде много разсъждения и твърде малко експерименти. Необходими са наблюдения и експерименти, експерименти и наблюдения.

Лилиентал създава планер, тоест самолет без двигател

Лилиентал внимателно изучава действието на размахването на криле, опитва се да разгадае мистерията на издигащите се в небето щъркели, тества различни самолети, поставяйки ги под различни ъгли във въздушния поток и наблюдава възходящи въздушни течения. Всичко това позволи на Лилиентал да създаде планер, тоест самолет без двигател, който се издига над мястото за излитане по време на тестове.

Жуковски, след като се срещна с Лилиентал, веднага разпозна правилността на избрания от него път и построения от него планер - най-забележителното изобретение в областта на аеронавтиката от онова време.

Между двамата изследователи се заражда творческо приятелство. Жуковски помогна на Лилиентал със съвети и теоретична обосновка на някои въпроси. Лилиентал запозна Жуковски с практическите резултати от своите експерименти и му подари един от своите планери. Този планер впоследствие помогна на Жуковски да събере кръг от ентусиасти на полети в Москва.

Но Жуковски погледна отвъд Лилиентал. Той смятал планера само като добър инструмент за изследване на проблемите на летенето. Създателят на аеродинамиката пророчески видя бъдещето на авиацията в самолет. Много години преди първия полет на братя Райт на построения от тях самолет, Жуковски осъзнава етапите на създаването на тази машина: първо, проучете добре планера, след това поставете мотор върху него - и тогава човекът ще лети.

В това той имаше непоклатима убеденост. През 1898 г. той смело провъзгласява: „Новият век ще види човек да лети свободно във въздуха“. Не го плашеха никакви неуспехи, дори многобройните катастрофи по това време, една от жертвите на които беше самият Лилиентал. Смъртта на Лилиентал "за смелите изследователи на въздуха, - каза Жуковски, - … вдъхва чувство на страхопочитание към починалия, но не и чувство на страх."

ПЪРВИ АЕРОДИНАМИЧЕН ИНСТИТУТ

Началото на нов, XX век беше и началото на нова ера в живота и творчеството на Жуковски. През 1902 г. той построява първия аеродинамичен тунел в Московския университет.

В чужбина те се опитаха да тестват модели на самолети в специални галерии, през които въздухът се задвижвал с помощта на вентилатори. Но вентилаторите на вентилаторите създадоха въздушна турбуленция, която изкриви картината и направи теста различен от реалните условия на полет.

Руският учен постъпи по различен начин. Той накара вентилаторите да не изпомпват, а да изпомпват въздух от галерията. Въздушният поток се движеше в него равномерно със скорост от 30 километра в час. Така е създаден първият в света смукателен аеродинамичен тунел. Тя беше скромен по размер - 75 см в диаметър. Тази тръба по-късно послужи като модел за цяла серия от такива устройства, построени в Русия и в чужбина. Въз основа на тази първа от своята научна лаборатория Жуковски започва да събира група аеродинамични изследователи от студенти.

Жуковски накара вентилатора да не изпомпва, а да изпомпва въздух от галерията. Така е създаден първият в света смукателен аеродинамичен тунел.

През 1904 г. той създава близо до Москва, в Кучин, първият в света институт, специално оборудван за аеродинамични изследвания. Известният Гьотингенски аеродинамичен институт Прандтл в Германия се появява само пет години по-късно, след като вече е имал опита на Жуковски.

В института Кучин, освен аеродинамичния тунел, вече имаше друго оборудване: хидродинамична лаборатория, кабинет по физика, специално устройство за изследване на витла, работилници и т.н. Жуковски започва с изучаване на различни форми на аеродинамични тунели. Резултатите от неговите изследвания помогнаха на Прандтл и други чуждестранни изследователи в изграждането на техните лаборатории.

Изследвано е поведението на самолетите във въздушния поток, изследвани са витлата. Първият динамометър за измерване на тягата на витлото е построен в Кучин.

Успоредно с това беше извършена голяма работа за изследване на атмосферата. За това са използвани малки топчета, които се изстрелват нагоре с метеорологични инструменти, които автоматично записват температурата и атмосферното налягане и други данни. Такива топки - сонди, както се наричат, все още се използват за тази цел.

РАЖДАНЕТО НА АВИАЦИЯТА

Особено внимание беше обърнато в института Кучин на изследването на подемната сила на крилото на самолета.

Как се генерира лифт? Как може да се изчисли? Векове наред човечеството напразно се опитва да отговори на тези въпроси, плащайки за опитите си с живота на най-добрите си синове.

Жуковски отговори на тези въпроси.

Около крилото на самолета, когато той лети, в допълнение към основния насрещнат въздушен поток се образува допълнително вихрово движение на въздушните частици. Тези допълнителни вихри измиват крилото и създават циркулация около него. Ако крилото е извито и има издутина в горната част, тогава въздушният поток в горната част на крилото се компресира и скоростта му се увеличава.

Закачете два листа хартия, огънете ги, както е показано на фигурата, и духнете в пространството между тях - листовете няма да се разпръснат, а ще се приближат.

Нека си припомним добре познатото физическо преживяване, което толкова изуми много от нас в училище. Можем дори да го повторим, тъй като не изисква нищо освен два листа хартия. Вземете два листа хартия и, като ги огънете леко, ще ги държим близо един до друг с изпъкнали страни. Сега нека духаме в пространството между тях. Противно на очакванията, чаршафите няма да се разпръснат, а ще се приближат един до друг.

Това е ясно потвърждение на добре познатия закон на Бернули. Той характеризира връзката между скоростта на потока и неговия натиск върху телата, с които влиза в контакт. Колкото по-висок е дебитът, толкова по-ниско е налягането и обратно. Според нашия опит, увеличаването на скоростта на движение на въздуха между листовете намалява налягането между тях и следователно листовете се придвижват по-близо един до друг.

Но нещо подобно се случва с крило във въздушен поток. В горната част на крилото скоростта на въздуха се увеличава, което означава, че според закона на Бернули налягането на въздуха намалява. В долната част на крилото е обратната картина: поради вдлъбнатината на крилото въздушният поток тук се разширява и скоростта му намалява и следователно налягането се увеличава.

Това създава разлика в налягането между горната и долната част на крилото. Тя е тази, която създава повдигащата сила.

Тази сила може да се изчисли. За да направите това, както показа Жуковски, трябва да знаете четири величини: скоростта на потока, количеството на циркулацията, дължината на крилото и плътността на въздуха. Продуктът от тези количества ще даде повдигащата сила.

Но за да излети самолетът, трябва да има циркулация, тоест въздух, който измива крилото. Как може да се гарантира това?

За образуването на циркулация е необходимо наличието на остри ръбове по опростения контур. Но не трябва да има много от тях. Плавният поток, който се изисква, е възможен само ако контурът има не повече от два остри ръба. Ако вземем само два ръба, тогава възниква ново неудобство: въпреки че ще се получи плавно протичане, но не винаги, а само при определен постоянен ъгъл на наклон на крилото на самолета спрямо въздушния поток, което е практически трудно осъществимо по време на полет.

Така от разсъжденията на Жуковски следва, че най-подходящият за крилото трябва да бъде признат като контур с един остър ръб. Но това е точно формата на секцията на крилото на самолета от 1946 г.: Жуковски го намери преди повече от четиридесет години.

Резултатите от тези изследвания са формулирани от Жуковски в труд, публикуван под скромното заглавие „За прикрепените вихри“(тъй като изследването се занимаваше с привързаността към скоростта на основния поток на тези вихри, които се образуват около крилото).

Сега аеродинамиката се превърна в наука. От този ден до наши дни теорията на подемната сила на Жуковски е представена във всички учебници по аеродинамика в света. Оттук нататък аеродинамичното изчисление на самолета стана възможно.

Това беше наистина страхотен ден за авиацията. Трябва да се счита за рожден ден на авиацията. В крайна сметка първият практически полет на братя Райт или всеки друг полет по това време по същество беше само трик - макар и изключителен, но все пак трик.

Дори десетки такива полети не биха могли да допринесат за развитието на авиацията до такава степен, както една формула на Жуковски. Сега нямаше нужда да се изобретяват сляпо самолети, те можеха да бъдат изчислени предварително, проектирани според тези формули.

Жуковски искаше да го направи. Но собственикът на института, милионерът Рябушински, „не намери“парите за изграждане на експериментален самолет и скоро каза като цяло, че според него всички основни проблеми на аеродинамиката вече са изяснени.

Жуковски трябваше да напусне института.

ЕНЦИКЛОПЕДИЯ НА АВИАЦИОННАТА НАУКА

През 1909 г. Жуковски създава нова научна институция - аеродинамичната лаборатория на Московското висше техническо училище. Жуковски се стреми „да примами колкото се може повече руски сили в науката“. Кръгът на учениците на Жуковски се превърна в място за размножаване на изключителни дейци на руската наука. Именно от този кръг излязоха академици Юриев, Чудаков, Кулебакин, изключителни учени и дизайнери: Туполев, Микулин, Климов, Ветчинкин, Стечкин, Сабинин, Мусинянц, известният пилот Росински и много други.

С помощта на членовете на този кръг Жуковски създава своите прекрасни произведения. Специално място сред тях заема теорията и метода за изчисляване на витлата. Учениците на Жуковски Юриев и Сабинин, като започнаха, както винаги учителят им, с експеримент, стигнаха до заключението, че работещ винт създава мощен аксиален въздушен поток. Това много важно явление не е било взето предвид преди от нито един изследовател. В чужбина съответното изменение на теорията е направено едва десет години по-късно.

Скоро Жуковски, след като изучава редица нови явления с помощта на Ветчинкин, предлага още по-съвършена теория на винта. Неговият труд "Вихровата теория на витлото" бележи нова ера в науката. Формулите и теоремите на тази теория обхващат всички случаи на работа на винт. Значението на вихровата теория надхвърля авиацията; нейните теореми послужиха като основа за проектиране на мощни вентилатори и компресори. Жуковски написа това произведение преди 35 години *. Но и днес по целия свят при изчисляване на винтове използват формулите на Жуковски.

_

* Статията е написана през 1946 г.

Жуковски с помощта на Чаплыгин разработи гениална теория за крилата на самолета. Крилата, изградени въз основа на тази теория, се наричат "крила на Жуковски" на всички езици по света.

С участието на другия си ученик Туполев, Жуковски разработва методи за аеродинамично изчисление на целия самолет.

Авиацията започва да се развива бързо в Русия. Започнаха да се появяват дизайни на самолети, далеч пред чуждите модели. Това изглеждаше изненадващо, като се има предвид общата техническа изостаналост на Русия и пълното безразличие на царското правителство към новия отрасъл на технологиите.

Сега знаем тайната на този успех. Причината за това е брилянтното състояние на руската аеродинамична наука, която заема най-напредналите позиции в научния свят. Законите на тази наука са формулирани и систематизирани от Жуковски в неговия прочут първи по рода си курс "Теоретични основи на аеронавтиката". Този курс беше като енциклопедия на авиационната наука.

Преди Жуковски се смяташе, че в аеродинамиката няма място за теория, че това е област на чистата практика. „Фондации“първи показаха възможността и необходимостта от изучаване на авиацията по теоретичен начин. В същото време Жуковски подчерта огромното значение на правилно поставените експерименти.

В „Теоретичните основи на аеронавтиката” се установява непоклатима връзка между теоретичните и експерименталните изследвания като основна предпоставка за по-нататъшното развитие на авиацията.

ВЕЛИК УЧЕН, ИНЖЕНЕР, УЧИТЕЛ

Жуковски беше не само аеродинамика. Написани от него 180 научни труда засягат въпросите на математиката, механиката - теоретична, приложна и строителна, - астрономията, балистиката и много други. Той беше велик учен и велик инженер.

Интересни решения на трудни инженерни проблеми се съдържат в творбите на Жуковски „За формата на корабите“, „Върху събуждащата вълна“, „За стабилността на полета на продълговатия снаряд“, „Бомбардиране от самолети“, „За въртене на шпиндела."

Жуковски не се страхуваше от практически проблеми. Напротив: той ги обичаше. Те му дават основата за създаване на нови теории.

Например, те се обърнаха към Жуковски за помощ в такъв чисто практически въпрос. Имаше чести аварии във водоснабдителната система на Москва: главните тръби се спукаха без видима причина. Жуковски установи, че една от основните причини за тези аварии е ударният ефект на водата, който се развива в тръбите при бързо отваряне или затваряне. Авариите спряха веднага щом бяха монтирани специални кранове на тръбите, които бавно блокираха достъпа на вода. Така наречените клапани.

Това беше практически извод. Последва теоретичен. Жуковски създава обща теория на хидравличния удар в тръбите, която впоследствие е публикувана на всички езици и е включена във всички учебници по хидравлика.

Жуковски се радваше на голяма популярност и трогателна любов на учениците. Той беше не само лектор, но и възпитател. Той беше особено загрижен за развитието на инженерното мислене, за техническите възгледи на младите мъже. Той страстно искаше да предаде всичките си знания на младите хора, за да напредне по-нататък руската наука.

Почти в навечерието на смъртта си, без да става от леглото, Жуковски каза: „Бих искал да прочета и специален курс за жироскопи. В крайна сметка никой не ги познава толкова добре, колкото аз. Той беше страхотен учител.

Научните заслуги на Жуковски бяха широко признати. Николай Егорович е член-кореспондент на Руската академия на науките, почетен член на много научни руски и чуждестранни дружества.

Но Жуковски, човек с най-голяма скромност и безкористност, не търсеше слава. Той отказа да бъде избран за пълноправен член на Академията на науките, тъй като не можеше да съчетава работата в Москва и Санкт Петербург, където тогава се намираше Академията, и не смяташе за възможно да се съгласи на официален избор на член на Академията на науките. академията на науките.

ОСНОВАТЕЛ НА АВИАЦИОННАТА НАУКА

Жуковски се срещна с Великата октомврийска революция като седемдесетгодишен мъж.

Жуковски забрави за старостта си. Той дойде във Висшия съвет на народното стопанство с проект за създаване на институт по аеродинамика и хидродинамика. През 1918 г., в година на бедност и опустошение, Ленин подписва указ за организацията на ЦАГИ - Централния аерохидродинамичен институт. кръстен на Н. Е. Жуковски.

Институтът започва своето съществуване в една от стаите на апартамента на своя основател. Но във въображението на Жуковски стените на апартамента му се разминаваха, той виждаше института си като могъщ, богат, изпреварващ световната авиационна наука, както сега познаваме ЦАГИ.

Жуковски създава Военновъздушната академия на негово име. По негова инициатива в Московското висше техническо училище беше въведено обучение по авиомеханика. Днес Московският авиационен институт е израснал на тази база.

И когато през 1920 г. се чества петдесетата годишнина от научната дейност на Николай Егорович Жуковски, в резолюцията на Съвета на народните комисари, подписана от Владимир Илич Ленин, великият учен заслужено е наречен „бащата на руската авиация“. Това беше истинският създател на руската авиация, нейният баща. И в същото време той е основоположник на цялата авиационна наука като цяло.

Николай Егорович Жуковски умира на 17 март 1921 г. Той беше тежко болен, но продължи да работи почти до деня на смъртта си. Когато вече не можел да пише, той диктувал бележките си на учениците си. Не искаше да даде на смъртта нито ден, нито един час. Великият работник и велик патриот отдаде всичките си сили до последния си дъх на своя народ.