История воздухоплавания и авиации в России (июль 1914 г. - октябрь 1917 г.) - [72]

Без ознакомления с его основными работами представление о научных достижениях России в теории авиации в годы первой мировой войны было бы далеко неполным. Величайшая сила С. А. Чаплыгина заключалась в умении использовать математику для решения технических проблем авиации.

Академик С. А. Чаплыгин

Во время первой мировой войны С. А. Чаплыгин продолжал развивать теорию крыла Н. Е. Жуковского. Еще в 1910 г. Сергей Алексеевич на заседании математического общества в докладе "О давлении плоскопараллельного потока на преграждающие тела" сказал:

"Я полагаю, что на оконечность каждого крыла будет опираться некоторый сопутствующий ему вихрь, образующийся благодаря разности скоростей на нижней и верхней поверхности крыльев" [162]. В этой работе дана основа гидродинамической теории крыла и выведена формула для определения величины, направления и точки приложения равнодействующей сил давления потока воздуха на крыло. В иностранной литературе эти формулы получили название "формул Блязиуса", но Блязиус нашел эти формулы, хотя и независимо от Чаплыгина, но позже его. На основе этого исследования ученому удалось, используя методы математического анализа, создать количественные способы определения аэродинамических характеристик крыла. Это имело важнейшее значение для создания и расчета самолетных крыльев обтекаемой формы. На работах С. А. Чаплыгина основывается вся теория крыла. Развивая ее, Сергей Алексеевич опубликовал две работы по теории решетчатого крыла. Они послужили основой теории лопаточных машин. Чаплыгин показал, что подъемная сила такого самолетного крыла больше, чем обычного со сплошной кромкой. Разрезное крыло более устойчиво в полете, оно предотвращает срыв потока. Достигается это с помощью небольшого предкрылка, который может выдвигаться вперед. На задней кромке крыла устанавливается закрылок, способный поворачиваться на 40° вниз. Применение разрезных крыльев оказалось особенно эффективным на больших углах атаки. С помощью простых приспособлений их подъемная сила увеличивается в два с лишним раза. Практика показала, что такие крылья позволяют летать на меньших скоростях, что особенно важно при взлете и посадке на небольшие аэродромы. Разрезные крылья лежат в основе всех тормозных приспособлений, закрылков, щитков, предкрылков и других элементов механизированного крыла.

Чаплыгин опубликовал свою работу "Теория решетчатого крыла" в 1914 г. За рубежом в то время утверждения русского ученого были встречены скептически. О его работе даже не поместили никаких сообщений. Заслугу создания разрезного крыла там приписали немцу Лахману и англичанину Хендли Пейджу, опубликовавшим свои работы на семь лет позднее. Такой казус можно объяснить лишь полной неосведомленностью Запада в те годы о достижениях русских ученых. Как справедливо отмечал профессор В. В. Голубев, С. А. Чаплыгина надо считать "родоначальником теоретических исследований, связанных с так называемой механизацией крыла, широко разрабатываемой в современной технической аэромеханике" [163].

Разрезные крылья послужили толчком к изучению вопроса об управлении пограничным слоем крыла, имеющим большое значение для скоростной авиации.

Во время войны С. А. Чаплыгин занялся также изучением крыла моноплана. Это дало ему возможность опубликовать труд "К общей теории крыла моноплана". В нем обосновано новое понятие о параболе устойчивости и дано ее приложение к оценке свойств крыла. Ученому удалось создать науку о профилях и указать основные методы изучения их работы, предложить профили с высокими аэродинамическими свойствами и хорошими качествами при больших скоростях полета.

Еще осенью 1913 г. С. А. Чаплыгин приближенно решил ранее считавшуюся неразрешимой трехмерную задачу о крыле конечного размаха, выведя при этом формулу для подъемной силы и индуктивного сопротивления. Ученый выяснил сложнейшие вопросы о физической картине работы крыла конечного размаха, присоединенных и свободных вихрях, силе индуктивного сопротивления. Результаты были доложены первоначально на заседании Московского общества воздухоплавания, а в 1914 г. — на третьем воздухоплавательном съезде в Петрограде. К сожалению, научные открытия С. А. Чаплыгина, означавшие целую революцию в аэродинамике, не только не были применены в практике самолетостроения в России, но даже не получили широкой огласки. Б. Н. Юрьев пишет по поводу открытия Н. Е. Жуковским и С. А. Чаплыгиным закона индуктивного сопротивления: "Результаты этих работ докладывались на заседаниях математического общества, но не были опубликованы, так как проверка этой теории в устаревшей плоской трубе Высшего московского технического училища не подтвердила ее выводов" [164]. "Иногда честь создания общей теории крыла конечного размаха приписывают Прандтлю и его сотрудникам, но основные идеи Прандтля предвидел акад. Чаплыгин", — пишет профессор Н. С. Аржаников[165].

Титульный лист диссертации С. А. Чаплыгина

Б. Н. Юрьев при участии В. В. Голубева, развивая теорию индуктивного сопротивления, сделал ее достоянием инженеров. Он в следующих словах выразил значение этой теории: "В настоящее время она обратилась в важнейший раздел прикладной аэродинамики. Ее успех объясняется многими причинами. Во-первых, эта теория дала четкие ответы на целый ряд фундаментальных вопросов, интересующих авиаконструктора: какова наивыгоднейшая форма крыла, как влияют друг на друга крылья биплана, каково влияние крыльев на хвост самолета, насколько точны опыты в аэродинамических трубах, как влияют стенки трубы на результаты опытов и т. д. Во-вторых, эта теория привлекает инженеров своей простотой и наглядностью. Основной элемент этой теории — вихрь — трактуется в ней чисто по-инженерному. Вихрь "опирается на крыло", он действует на окружающий воздух, он поддается графическому изображению. Все это привело к тому, что теория индуктивного сопротивления стала весьма популярной и в конструкторских бюро, и в исследовательских институтах" 2. Теперь ни о какой теории устойчивости, ни о каком изучении полетных качеств самолета нельзя говорить без знания теории индуктивного сопротивления.