Жуковскому принадлежит и постройка в 1902 году в механическом кабинете Московского университета одной из первых в Европе аэродинамических труб, или, как он называл ее сам, «галереи для искусственного потока воздуха».
«Наша аэродинамическая лаборатория при Московском университете уже давно занималась исследованиями по сопротивлению воздуха, пользуясь маленькими средствами, отпускаемыми университетом на механический кабинет», — скромно говорил Николай Егорович на торжественном заседании научного Леденцовского общества, перечислив открывшиеся в 1910–1911 годах лаборатории Эйфеля в Париже, Прандтля в Геттинтене, Цама в Америке и ряд других.
Об этих исследованиях Жуковского по сопротивлению воздуха Сергей Алексеевич писал:
«К концу восьмидесятых годов Николай Егорович приступает к своим исследованиям по теоретической авиации: Начало было трудным. Ведь в ту пору никаких научных работ в этой области не было. Николай Егорович собирает в механическом кабинете Московского университета воздушные змеи всех систем, разнообразные летающие игрушки, бабочек с резиновыми моторчиками, которые применяют теперь юные авиамоделисты, и т. п. Вскоре появились и первые научные труды, посвященные авиации».
Сергея Алексеевича, как и его учителя, житейский опыт и наблюдательность привели к правильному заключению о том, что природа, создав мозг человека, сама же и работает в этом мозгу, наполненном ее отражениями, хотя человеку и кажутся собственные цели и действия его чуждыми природе, независимыми от нее.
Все эти змеи, летающие игрушки, бабочки, пропеллеры, изобретенные безвестными людьми, опирающимися на чутье, на прирожденный инстинкт, Николай Егорович ценил очень высоко. Для него они являлись теми самыми моделями, которые геометрическому складу ума раскрывали тайны воздушной стихии.
Различные модели летательных аппаратов испытывались в кабинете прикладной механики Московского университета с 1889 года, и результаты этих исследований публиковались Жуковским в статьях, посвященных воздухоплаванию. С 1902 года в «галерее для искусственного потока воздуха» студенты под руководством Николая Егоровича производили аэродинамические опыты. При переходе в новое здание университета в этой аэродинамической трубе скорость воздуха благодаря более мощным двигателям была доведена до одиннадцати метров в секунду.
Одновременно создавались разнообразные приборы для различных опытов. Многие из этих приборов проектировал сам Николай Егорович, часть — студенты под его руководством. Модели изготовляли на токарном станке, который он специально приобрел для этой цели на свои средства.
Оборудование лабораторий, конечно, не могло удовлетворить такого экспериментатора, как Жуковский. Дело стояло из-за отсутствия средств. Поэтому, когда к Николаю Егоровичу обратился за организационной помощью известный богач и его ученик по Промышленной академии Д. П. Рябушинский, Жуковский охотно взялся за сооружение аэродинамической лаборатории в Кучине, под Москвой, на средства Рябушинского.
Аэродинамический институт в Кучине был построен в 1904 году. Под руководством Жуковского здесь производились очень серьезные опыты с сопротивлением различной формы профилей, испытывались винты.
Однажды отлетевшей лопастью винта Николай Егорович чуть не был убит.
Кучинский институт оборудовали хорошо, но хозяин, человек купеческой складки, более радел о славе своей лаборатории, нежели о науке. Жуковский в конце концов отошел от института. Несравненно дороже его сердцу была лаборатория университета, а особенно лаборатория Московского высшего технического училища, где его окружали ученики, столь же преданные науке, как он сам.
Среди высших учебных заведений и в то время, как и сейчас, Московское высшее техническое училище пользовалось особенной славой. Мечтой многих гимназистов и реалистов было попасть сюда. Оно собирало со всей страны наиболее талантливое юношество, стремившееся к практической инженерной работе. С осени 1909 года здесь впервые в мире Николай Егорович Жуковский начал читать свой знаменитый курс лекций по основам теоретической авиации, или, как тогда говорили, «воздухоплавания», не отделяя летания на аэростатах от летания на самолетах.
«На вступительную лекцию, в которой он описывал успехи авиации, сопровождая лекцию множеством диапозитивов, — рассказывает В. П. Ветчинкии, один из старейших учеников Жуковского, — собралось так много слушателей, что самая большая аудитория Технического училища — новая химическая — не могла вместить всех желающих. Студенты стояли в проходах, на окнах, в дверях и даже слушали за дверью».
По «Теоретическим основам воздухоплавания» учились все первые деятели авиации. Этот курс лекций представляет исключительное по своей простоте изложение очень трудных аэрогидродинамических проблем, которые автор сумел сделать доступными для студентов-техников с невысокой математической подготовкой.
К тому времени, когда живая жизнь предъявила к теоретической авиации свои требования, Жуковский, внимательно следивший за всеми новостями в этом деле, оказался во всеоружии тех знаний, которые нужны были для создания теоретических основ авиации и прежде всего для ответа на вопрос: откуда берется подъемная сила у крыла и как теоретически ее выразить?
Насколько Жуковский был подготовлен к ответу на этот основной вопрос, видно из того, что уже в 1906 году в замечательнейшей своей работе «О присоединенных вихрях» он дает правильный ответ на вопрос, позволивший затем производить расчет сил, действующих на крыло.
Исследованный Жуковским тип воздушной циркуляции можно наблюдать при падении легких продолговатых пластинок в воздухе. Это падение сопровождается интереснейшим явлением, которое хотя и было ранее известно, но не находило себе никакого объяснения.
Если вырезать из картона узкий и длинный прямоугольник и, расположив его горизонтально, сообщить ему легкое вращение около продольной оси, то падение прямоугольника будет медленно совершаться по наклонной поверхности к горизонту, причем вращение около продольной оси будет все время сохраняться.
Первоначально сообщенное пластинке очень легкое вращение образует присоединенный к пластинке вихрь, от действия которого при падении пластинки и развивается сила, направляющая пластинку и поддерживающая ее вращение.
Созданная на основе открытия Жуковского теория крыла получила название циркуляционной теории. Сущность ее заключается в использовании аналогии крыла с вращающимся цилиндром, то есть набегающий на крыло воздушный поток уподобляется потоку, обтекающему цилиндр.
Ученик и ближайший сотрудник Жуковского академик Л. С. Лейбензон вспоминает, что впервые мысль о роли циркуляционных потоков при возникновении силы давления воздуха на находящиеся в нем крылообразные тела возникла у Жуковского осенью 1904 года.
Возвращаясь с ним в Москву из Кучина, где они наблюдали полеты воздушных змеев, Николай Егорович сообщил ему, что механизм образования подъемной силы совершенно ясен. Однако потребовалось еще около двух лет, чтобы из этой физической схемы получить точную и полную математическую формулировку, позволившую впоследствии с огромным успехом применить ее к решению основных задач теории крыла и теории винта самолета.
Сам Николай Егорович, открыв, что наличие циркуляции вызывает подъемную силу, не говорил еще ничего о том, что его теорема «О присоединенных вихрях» имеет отношение к теории крыла. Он указал только на то, что его теорема применима к движению тел в воздухе с вращением, которое, по его мнению, было причиной циркуляции. Он применил свою теорему для объяснения, почему вращающиеся узкие и длинные пластинки при падении отклоняются от вертикали.