Николай Егорович Жуковский “Отец русской авиации”, основоположник аэродинамики.
Человек всегда мечтал о том, что ему не дано природой. Парить в небе как птица. Решение именно таких задач движет цивилизацию вперёд. Самолётами восхищаются на авиашоу, но сегодня уже мало кто задумывается, что удерживает самолёт в воздухе. В своё время эту тайну разгадал и тем самым открыл человеку дорогу в небо Николай Егорович Жуковский. В 1904-м году в Кучинской лаборатории Николай Егорович Жуковский сделал замечательное открытие, послужившее основой всего дальнейшего развития аэродинамики и её приложение к теории авиации. Жуковский не работал, только когда спал. За всю свою жизнь он ни разу не летал на самолёте. После первых в мировой истории успехов авиации, перед учёными возникла задача — выяснить источник происхождения ПОДЪЁМНОЙ СИЛЫ и пути её увеличения, найти математический метод её расчёта. В 1905-м году 15-го ноября Николай Егорович Жуковский дал формулу для расчёта подъёмной силы, являющейся основой всех АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ РАСЧЁТОВ самолёта.
Николай Егорович Жуковский родился 17-го января 1847-го года во Владимирской области в селе Орехово в семье инженера путей сообщения. В 1858-м году поступил в 4-ю московскую мужскую классическую гимназию и в 1864-м году окончил её. В этом же году поступил в Московский университет на физико-математический факультет, который окончил в 1868-м году по специальности «прикладная математика». В 1882-м году Николаю Егоровичу Жуковскому была присуждена учёная степень доктора прикладной математики.
Николай Егорович Жуковский студент университета.
В 1910 году в Санкт-Петербурге проводился всероссийский праздник воздухоплавания. Именно на нём появился первый воздушный пассажир. Этим пассажиром оказался Председатель Совета Министров, Пётр Аркадьевич Столыпин! Первый в истории полёт с пассажиром привлёк не меньшее, а может и большее внимание, чем пилотаж самолётов и прыжки с парашютом. Потому, что пилотаж самолётов и прыжки с парашютом тогда были доступны только испытателям, а прокатиться на самолёте может каждый! Правда, на следующий день желающих прокатиться на самолёте поубавилось. Любимец публики, лётчик Лев Мациевич, прокативший на самолёте накануне Петра Аркадьевича Столыпина, разбился на своём самолёте на глазах у публики. В начале появления авиации многие считали,что аэроплан не машина и рассчитать его невозможно, но один из московских учёных, Николай Егорович Жуковский заявил, что это не так. Рассчитать аэроплан не только можно, но и нужно, чтобы спасти тысячи жизней энтузиастов, которые каждый день поднимаются в воздух, и начать новую эру – эру ОСВОЕНИЯ НЕБА. Вызов был брошен человеком, который впоследствии войдёт в историю как ОТЕЦ РУССКОЙ АВИАЦИИ. Его звали Николай Егорович Жуковский.
Пётр Аркадьевич Столыпин Председатель Совета Министров. За несколько месяцев до памятного полёта на самолёте Мациевича, Столыпину был представлен проект организации первого в России научного авиационного института. Одним из авторов идеи стал профессор Московского Университета Николай Егорович Жуковский. Дело в том, что он не просто об этом мечтал. Необходимость создания такого научного авиационного института стала уже очевидной. К этому времени уже больше 10-ти лет газеты с восторгом публиковали статьи об освоении человеком воздуха, что человек летит в воздухе, полёт продлился полторы минуты, полёт на высоте 50 метров. Однако было и много заметок о том, что например, при перелёте через Альпы погиб лётчик Гео Шавель, в Китае при испытаниях своего летательного аппарата разбился лётчик номер 1, Фэн Кру, во Франции в катастрофе аэроплана покалечился, Леон Маран.
Россия не осталась в стороне. Русские лётчики летали на аэропланах братьев Райт,Сантос-Дюмона, Блерио, Фармана, Вуазена. В начале 20-го века Россия не строила свои летательные аппараты??? Аэропланы закупали заграницей, причём это была уже серьёзно устаревшая техника. Лётчики даже называли заграничные аэропланы «летающими гробами». Однажды моноплан выполнял планирующий спуск с высоты 1 000 метров. Вдруг после выключения двигателя он неожиданно стал клевать носом. Это произошло из-за НЕПРАВИЛЬНОЙ ЦЕНТРОВКИ самолёта. Экипаж состоял из 2-х человек. Их спасла находчивость механика. Он быстро выбрался из кабины и лёг на хвост самолёта! Благодаря такому перемещению веса удалось моноплан посадить благополучно! Первые летательные аппараты были слишком несовершенны для их применения.
В то время никто точно и ясно не понимал, за счёт чего аппарат тяжелее воздуха держится в воздухе. Николай Егорович Жуковский считал, что для получения ответа на этот вопрос необходимы эксперименты, опыты, исследования. Но правительство России решило по-другому. Зачем тратить деньги на то, что не имеет перспективы??? К этому времени уже 20 лет на вооружении армии стояли воздушные шары и аэростаты, а отдачи практически никакой. Правительство склонялось заниматься развитием аэростатов. Но Николай Егорович Жуковский понимал, что воздухоплавание на аэростатах – это вчерашний день. На подходе время, когда победит авиация и человек уже не будет зависеть от ветра. Николаю Егоровичу Жуковскому принадлежит знаменитое высказывание: «Человек не имеет крыльев и по отношению веса своего к весу мускулов в 72 раза слабее птицы, но я думаю, что он полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума».
Николай Егорович Жуковский в первые годы своей педагогической деятельности.
Ещё в 1880-е годы 19-го века Николай Егорович Жуковский заинтересовался полётами. В это время он уже был известным учёным, читал лекции по механике в Московском Университете и в Московском Высшем Техническом Училище. Каждое лето он уезжал в своё имение во Владимирской области. Там он часами наблюдал за полётом птиц и пытался понять, в чём же секрет их парения? Жители села Орехово каждый день видели как, по тропинке с холма ехал чудной аппарат – велосипед с крыльями, и велосипедист отчаянно крутил педали. Велосипедистом был взрослый человек с солидной бородой. Жители села знали, что Николай Егорович Жуковский мечтает создать аппарат тяжелее воздуха, на котором человек смог бы полететь! Но его считали чудаком.
Всё изменилось в 1892-м году, когда Николай Егорович Жуковский, наконец, понял, что держит птицу в воздухе и даже доказал, что человек может совершить полёт как птица на специальном аппарате! После этого он написал небольшую книгу «О парении птиц». В ней он изложил многие свои предвидения.
Например, когда ещё не существовало ни одного самолёта, Николай Егорович Жуковский уже говорил о виражах и мёртвых петлях. Тогда это мало кто понял. Об этих фигурах высшего пилотажа широко заговорили только лет через 12-13, когда Пётр Николаевич Нестеров выполнит эту «мёртвую петлю». А пока все повторяли только одну строку из этой книги «человек может летать». С этого момента Николай Егорович Жуковский думал только о механизме полёта. Тогда этим вопросом занялся весь мир, но каждый занимался этим в изоляции друг от друга. Узнавали о достижениях своих коллег только из газетных сообщений. В то время ещё не существовало правило перевода на несколько европейских языков каждой научной работы. Идею перевода научных работ на европейские языки подал Николай Егорович Жуковский. Сейчас без таких переводов нельзя даже представить мировую науку.
В дальнейшем Николай Егорович Жуковский узнал о воздухоплавателе Отто Лилиентале и его полётах на планерах. Он заинтересовался полётами Лилиенталя и поехал знакомиться с ним в Германию. Там Жуковский наблюдал за полётами Лилиенталя и потом решил приобрести один планер для себя. Проделав опыты с одним из планеров Лилиенталя в Москве, Жуковский обнаружил ошибку в расчётах немецкого инженера. Благодаря этому Николай Егорович сделал шаг вперёд, сделав переход от планеров к АЭРОПЛАНАМ!Николай Егорович Жуковскийпроделывал различные опыты и в комнатных условиях. Например, он брал тонкую бумажную или картонную ленту, держа на вытянутых руках, закручивал ленту, отпускал её и наблюдал, как она приземляется. В конце падения выходило, что лента приземлялась не вертикально, а планировала. Это наводило его на мысль, что может быть это и есть ПОДЪЁМНАЯ СИЛА!
Сенсация произошла в 1905-м году. На заседании Московского Математического Общества, Николай Егорович Жуковский впервые рассказал о том, что ему удалось вычислить подъёмную силу крыла аэроплана и главное вывести формулу расчёта подъёмной силы! По ней можно строить совершенные и безопасные летательные аппараты! Так появилась новая наука – АЭРОДИНАМИКА.
Здесь пару слов скажем, откуда у крыла самолёта вообще возникает подъёмная сила. Дело в том, что крыло самолёта имеет не плоскую форму, а выпуклую форму, причём, сверху крыло более выпуклое, чем снизу. Также нижняя поверхность крыла может быть и не слегка выпуклой, а совсем плоской или даже вогнутой. Ввиду того, что верхняя поверхность крыла более выпуклая, чем нижняя, воздух над крылом проходит больший путь, чем под крылом. Соответственно скорость течения воздуха над крылом всегда больше, чем скорость течения воздуха под крылом. Научно установлено, что чем больше скорость течения потока, тем меньше давления потока на поверхность. Соответственно давление воздуха под крылом всегда больше, чем над крылом – это и есть ПОДЪЁМНАЯ СИЛА. Кстати заметим, что даже при одинаковой площади крыла, крыло с вогнутой формой нижней поверхности крыла имеет подъёмную силу всегда больше, чем крыло с плоской, а тем более выпуклой формой нижней поверхности крыла.
По формуле Николая Егоровича Жуковского, величина подъёмной силы пропорциональна плотности среды, скорости потока и циркуляции скорости потока. А также подъёмная сила всегда направлена перпендикулярно к набегающему потоку. Коэффициент подъёмной силы – безразмерная величина, характеризующая подъёмную силу крыла определённого профиля при известном угле атаки. Коэффициент подъёмной силы определяется или опытным путём в аэродинамической трубе или по формуле Николая Егоровича Жуковского:
F=C·p· VV/2 · S, где:
- F—подъёмная сила (Y),
- С-коэффициент подъёмной силы,
- p—плотность воздуха на высоте полёта (кг/м³), т.к p=m/V′, где m– масса, V′– объём
- V—скорость набегающего потока (м/с),
- S—характерная площадь крыла (м²).
При расчётах по этой формуле важно не перепутать ВЕСОВУЮ и МАССОВУЮ плотность воздуха. Весовая плотность воздуха при стандартных атмосферных условиях (на уровне моря при температуре +15 градусов Цельсия) равна p=1,225 кг/м³. Но в аэродинамических расчётах чаще используют массовую плотность воздуха, которая равна p=0,125 кгс/м³. В этом случае подъёмная сила F получается не в Ньютонах (Н), а в килограммах (кг).
Теперь любой инженер и даже простой любитель мог рассчитать по формуле Николая Егоровича Жуковского подъёмную силу крыла и создать летательный аппарат, который не просто оторвётся от земли, но и будет держаться в воздухе. Так было сделано главное открытие, но самолёт состоит не только из крыльев. Затем, когда возник вопрос о постройке самолёта, Николай Егорович Жуковский сказал, что мы не можем начать строить самолёты потому, что пока у нас нет возможности проводить испытания. В этот момент предложил свою поддержку предприниматель, банкир Павел Павлович Рябушинский, который профинансировал строительство первого аэродинамического института в Кучино под Москвой. Для Николая Егоровича Жуковского это была невероятная удача! Наконец то, он получил базу для своих масштабных исследований!
К этому времени у него уже были представления, как он будет испытывать будущие самолёты. Над решением этой задачи он работал уже несколько месяцев. Он продумывал, как определить лётные характеристики самолёта без поднятия его в воздух. Выход оказался достаточно простым. Надо создать механизм на земле, который обеспечит такие же условия полёта как в небе. Для этого должен двигаться не самолёт, а воздух вдоль него. В 1902-м году студенты своими силами по чертежам Николая Егоровича Жуковского построили первую в Европе АЭРОДИНАМИЧЕСКУЮ ТРУБУ. Внутрь трубы помещали испытуемую модель, и вентилятор внутри трубы прогонял воздух. Поначалу не было даже названия – аэродинамическая труба, а было название «галерея для протока воздуха».
По тем временам в Кучино построили гигантскую аэродинамическую трубу. Сразу начали продувать фюзеляжи, крылья, целые модели самолётов. Однако сотрудники кучинского аэродинамического института не всё время занимались только самолётами. Также здесь проводили исследования по гидродинамике, метеорологии, физике атмосферы. Каждый опыт исследовал конкретные нужды промышленности или жизни! Например, с помощью аэродинамической трубы Николая Егоровича Жуковского исследовали проблему заноса в зимнее время снегом железнодорожных рельсов. Рассматривали, как в зависимости от направления и скорости ветра рельсы заносило снегом. И как, соответственно в зависимости от завихрений устанавливать заграждения от снега, чтобы рельсы оставались чистыми.
Заслугой Николая Егоровича Жуковского было разнообразие исследуемых тем и нацеленность их на конкретный результат. Ещё до интенсивного увлечения аэродинамикой он работал во многих отраслях, от судостроения до астрономии! Его исследования никогда не оставались только на бумаге, Жуковский был ПРАКТИКОМ! В этом ему помогал многолетний опыт работы в политехническом обществе. Там приходилось общаться с инженерами из разных отраслей промышленности. Так, например именно Жуковский придумал, чтобы увеличить вес железнодорожного состава, при той же мощности локомотива, надо чтобы локомотив начинал тащить не весь состав сразу, а постепенно, сначала один вагон потом два и так далее. В результате того, что Николай Егорович Жуковский занимался теорией качки, он разработал новую форму морских судов. Занимаясь теорией подпочвенных вод, он вывел способ определения подземных потоков. Его выводы по теории фильтрации используются в системе добычи нефти до сих пор.
Мировую известность Николаю Егоровичу Жуковскому принесли работы по гидравлическому удару. В конце 19-го века в Москве строили новый водопровод и по какой-то причине начали происходить случаи прорыва труб под землёй. Никто не мог понять причину аварий с водопроводными трубами. Место разрыва было не видно потому, что оно находилось под землёй, за исключением тех случаев, когда сила напора воды была такой, что из-под земли начинал бить фонтан! За помощью обратились к Николаю Егоровичу Жуковскому. Дело в том, что длина некоторых труб доходила до 1-го километра и больше, а вентили на этих трубах применялись по типу самоварных, которые закрывались моментально. Соответственно масса воды, обусловленная длиной трубопровода при закрытии вентиля била в заглушку вентиля и труба в каком-то месте не выдерживала давления. Именно после этого в результате определения причины разрывов труб водопровода, появились ВЕНТИЛИ закрывающиеся не моментально, а ПОСТЕПЕННО. С тех пор мы пользуемся такими водопроводными кранами.
Николай Егорович Жуковский оставил богатое наследие, около 200 научных работ по различным темам!Основное количество научных работ посвящено АЭРОДИНАМИКЕ. К 1910-м годам Жуковский со студентами уже проводил комплексные расчёты самолётов. Но правительство России отказывалось создавать единый центр по аэродинамике. Строительство самолётов продолжало оставаться делом КУСТАРНЫМ. Всё изменил случай. К единственному тогда в России специалисту по аэродинамике, Николаю Егоровичу Жуковскому обратился Великий князь Александр Михайлович, который курировал армию, с просьбой проверить технические расчёты самолёта «Святогор», который собирались запустить в массовое производство в Санкт-Петербурге. Для России только что вступившей в Первую Мировую войну постройка такого самолёта являлась крайне актуальной.
Святогор являлся разработкой одного из любимых учеников Николая Егоровича Жуковского, Василия Андриановича Слесарёва. Это Жуковский рекомендовал Слесарёва в качестве руководителя новой аэро лаборатории в Санкт-Петербурге. Там Слесарёв задумал гигантский по тем временам самолёт, поднимающий в воздух до 6-ти тонн груза! Это было бы серьёзным техническим достижением, которое можно было бы противопоставить противнику, а для Николая Егоровича Жуковского появилась возможность поставить вопрос о создании в стране хотя бы расчётного бюро, без технического разрешения которого в воздух не должен подниматься ни один самолёт.
Современная аэродинамическая труба Продувка истребителя МиГ-29.
В Первую Мировую войну просто не проводились комплексные расчёты самолётов. Конструкторы погнались за скоростью и совсем забыли о прочности самолёта. В результате в полёте у самолётов нередко просто складывались крылья, мог отвалиться хвост или даже двигатель. В те годы самолёты проверяли на прочность примитивно. Для этого самолёт укладывали на землю вверх колёсами, сверху накладывали мешки с песком. Вес мешков должен был в 2 раза превышать вес самолёта и если самолёт выдерживал такую нагрузку, его признавали пригодным для полётов.
Николай Егорович Жуковский полагал, что нужно искать золотую середину между аэродинамикой и прочностью самолёта. Он считал, что это возможно только в комплексной работе. Например, так как он и его студенты спроектировали Святогор. Сначала построили точную уменьшенную копию Святогора. Потом её продули в аэродинамической трубе. В заключении проверили полученные данные. Это был ПЕРВЫЙ в истории авиации ПОЛНЫЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ многомоторного самолёта. Николай Егорович Жуковский отправил своего студента Александра Архангельского с докладом к Великому князю. Заданием Архангельского было не только доставить расчёт по самолёту Слесарёва, но и передать прошение по созданию расчётно-исследовательского аэро бюро.Через несколько месяцев аэро бюро начало работать при Московском Высшем Техническом Училище!Главой одного из отделов аэродинамического расчёта стал А.Н.Туполев (смотри статью «Андрей Николаевич Туполев»). В это время Николай Егорович Жуковский сказал: «Приближается то время, когда аэропланы и дирижабли будут строиться с таким же верным расчётом, с каким теперь строятся пароходы и автомобили».
Но Жуковский не ограничивался только лишь одними расчётами. После начала Первой Мировой войны возникли новые задачи. Например, Жуковский рассчитывал даже метод бомбометания, как рассчитывается полёт бомбы, чтобы точно попасть в цель. Николай Егорович даже нашёл ошибку в расчётах по бомбометанию у немецких инженеров. Война выявила ещё одну острую проблему – отсутствие в России профессиональных лётчиков. До этого лётчиками в основном были изобретатели и испытатели. Теперь встал вопрос о создании отдельного подразделения войск. Для этого стали нужны специально обученные люди. Тогда даже те лётчики, которые летали, не понимали, что такое аэродинамика и не знали, какую пользу, и какие проблемы она может предоставить.
Тогда Николай Егорович Жуковский организовал курсы для русских лётчиков, на которых он объяснял законы аэродинамики, как ведёт себя летательный аппарат в небе и какая может быть опасность. Позже эти курсы преобразовали в авиатехникум, а потом в ПЕРВУЮ в МИРЕ Академию Воздушного Флота.
Современная аэродинамическая труба Продувка самолёта Ту-204.
В годы Первой Мировой войны Николай Егорович Жуковский сделал очень много. Его аэро бюро работало на полную мощность, но всё равно потенциал сложившегося коллектива был значительно выше! Необходимо было развиваться дальше, но отсутствовали крупные аэродинамические трубы, не было водного канала для испытаний гидросамолётов, одним словом необходимой экспериментальной базы. Сразу после революции Николай Егорович Жуковский обратился к новой власти с проектом создания аэрогидродинамического института. Проект был принят и в России появился Центральный Аэродинамический Институт (ЦАГИ). Даже сегодня ЦАГИ является мировым центром авиационной науки! Здесь проходили испытания все российские летательные аппараты и не только они. Оказалось, что научные выводы Николая Егоровича Жуковского по аэродинамике применимы к любым объектам каким-либо образом, связанным с воздушным потоком. К таким объектам относятся также все высотные постройки. Сегодня аэродинамические испытания обязательно проходят вообще все высотные конструкции такие как, например здания, памятники, мосты. Например, до этого был случай в Крыму, там шло строительство высотного сооружения без аэродинамических исследований. В одну из ночей начался сильный ветер, в сооружении возникла такая вибрация, от которой сооружение полностью рассыпалось.
Наука, придуманная для исследования самолётов, может нас защитить и в повседневной жизни! Всё это существует благодаря тому, что Николай Егорович Жуковский сумел собрать вокруг себя увлечённых студентов. Существует, так называемая, преемственность поколений в обучении. Жуковский был руководителем дипломного проекта А.Н.Туполева. В свою очередь А.Н.Туполев руководил дипломным проектом С.П.Королёва. А С.П.Королёв руководил дипломным проектом Ю.А.Гагарина. Известно, что Николай Егорович Жуковский был мягким и доброжелательным человеком. Например, если у студентов не получалось решить какую-либо техническую задачу и они обращались за помощью к Жуковскому, то он мог сказать: «Вы знаете, я пытался заняться этой задачей, у меня ничего не получилось. Может быть, у Вас получится? Попробуйте». То есть он никогда Н.Е говорил: «Если у меня не получилось, то вам и пробовать не стоит». На лекции Николая Егоровича Жуковского невозможно было попасть! Это происходило благодаря удивительной способности Жуковского легко и доступно объяснять очень сложные задачи. В его кабинете в университете находилась огромная коллекция различных моделей всевозможных аппаратов и механизмов. Часто по пути на лекцию он захватывал с собой до 10-ти моделей. Николай Егорович Жуковский говорил: «Математическая истина только тогда должна считаться вполне отработанной, когда она может быть объяснена каждому из публики, желающему её усвоить».
Школа Николая Егоровича Жуковского была БОЛЬШОЙ ШКОЛОЙ! Наиболее способные ученики впоследствии стали выдающимися авиаконструкторами! Например:
- ученик Жуковского, Борис Николаевич Юрьев стал академиком.
- Юрьев первым в мире изобрёл ОДНООСНЫЙ вертолёт! Все современные одновинтовые вертолёты делаются по схеме Юрьева .
- Ещё один ученик Жуковского, Борис Михайлович Бубекин изобрёл МИНОМЁТ!
- Борис Сергеевич Стечкин разработал РЕАКТИВНЫЙ двигатель!
- Алексей Михайлович Черёмухин сконструировал и построил самую большую в мире аэродинамическую трубу, которая работает в ЦАГИ и сегодня!
- А.Н.Туполев спроектировал около 150-ти типов самолётов и других видов техники!
- Владимир Петрович Ветчинкин создавал ВЕТРОВЫЕ электростанции!Ветчинкин выпустил первый в мире учебник по теории авиации, «Теоретические основы воздухоплавания». Учебник состоял из записанных лекций Николая Егоровича Жуковского и Жуковский даже предлагал Ветчинкину стать соавтором, но тот отказался.
Николай Егорович Жуковский вообще высоко ценил помощь студентов и практически о них заботился! Однажды на испытаниях по бомбометанию Жуковский увидел, что на самолёте бомба не отцепилась с крючка – это грозило взрывом бомбы при посадке. Николай Егорович не на шутку перепугался и даже расплакался! Но в том случае всё к счастью обошлось. Летчик сумел очень аккуратно посадить самолёт. Учитель необычайно обрадовался благополучному завершению инцидента! Когда у А.Н.Туполева возникли проблемы с властями (смотри статью «Андрей Николаевич Туполев»), Николай Егорович Жуковский писал положительные отзывы о Туполеве, чтобы помочь его освободить из заключения.
Из стен университета и училища Николая Егоровича Жуковского вышли тысячи учеников. Все они занимались одним делом, но все вместе собрались только однажды,17-го марта 1921-го года. В этот день научная школа отца русской авиации осиротела. Многотысячная толпа собралась у стен Домовой церкви при Техническом Училище. Николай Егорович Жуковский отправился в последний путь, на взятом на прокат с военного аэродрома на Ходынском поле, списанном самолёте без мотора. В последний путь Николая Егоровича Жуковского провожали конструкторы, инженеры, лётчики, которые и должны были продолжить дело своего учителя.
Источник: Авиация
По теме: