В ТАЙНУ ПОЛЕТА
Летом 1878 года жители окрестностей села Орехово Владимирской губернии были свидетелями необычного зрелища: оседлав неуклюжий велосипед фирмы «Мишо» с огромным передним колесом и подвязав за спину большие красные крылья из прутьев и шелка, по пыльным проселкам разъезжал грузный бородатый человек. Это был «ореховский барин» — выдающийся русский ученый Николай Егорович Жуковский. Наблюдая за насекомыми и птицами, ставя опыты с летающими моделями и в построенных им самим аэродинамических трубах, он упорно пытается проникнуть в тайну полета.
«О парении птиц» — так назывался прочитанный им в январе 1891 года доклад на заседании Московского математического общества. На примере пернатых «небожителей» в этом труде были рассмотрены, теоретические основы полета и, в частности, дано описание «мертвой петли», которую спустя двадцать два года первым в мире выполнил русский летчик Петр Николаевич Нестеров. Но для Жуковского это пока был лишь один из первых шагов к действительному пониманию законов полета.
Как возникает сила, удерживающая бумажный змей в воздухе? Если верить Ньютону, то подъёмная сила возникает как результат ударов частичек воздуха о поставленную под углом к потоку преграду. Но почему тогда удерживается в воздухе выгнутая вверх пластинка, хотя частицы должны бы были заставить ее упасть? И снова поиски, наблюдения, опыты. Только пятнадцать лет спустя появляется знаменитый труд Жуковского «О присоединенных вихрях», открывший миру причины, рождающие на крыле подъемную силу. Ту самую силу, что несет сегодня над землей все наши самолеты, планеры, вертолеты и винтокрылы.
Сейчас пожелтевшие от времени страницы этого труда бережно хранятся в небольшом особняке на улице Радио в Москве. Это мемориальный музей, носящий имя «отца русской авиации». Когда-то в этом здании заседал первый научный совет ЦАГИ — Центрального аэрогидродинамического института, созданного по указанию В. И. Ленина в 1918 году. А в соседней комнате Андрей Николаевич Туполев строил свой первый самолет «АНТ-1». Любопытно, что когда строительство подошло к концу и самолет предстояло извлечь из мастерской, пришлось разрушить одну из стен: уже тогда «масштабы» молодого советского самолетостроения явно перерастали свою «колыбель».
Открытия не только рождают победы, с ними возникают и новые преграды. Так на лабораторном столе появился существующий и поныне грозный враг всего летящего — турбулентность. В те дни, когда о существе полета знали еще так мало, из это открытие, возможно, никто и не обратил бы внимания, если бы с ним не был связан своего рода научный курьез.
В 1907 году тогда еще молодой профессор Геттингенского университета, а впоследствии знаменитый немецкий ученый Людвиг Прандтль ставит ряд опытов по аэродинамике. И одновременно с ним во Франции аналогичными исследованиями занимается Александр Эйфель, успевший к тому времени обессмертить свое имя знаменитой трехсотметровой стальной башней в Париже. Оба экспериментатора изучают обтекание шара воздушным потоком и после завершения опытов, естественно, сравнивают результаты. И здесь, к их общему ужасу, выясняется непредвиденное — полученные результаты резко отличаются друг от друга: у одного коэффициент лобового сопротивления шара получился в три раза больше, чем у другого.
Любители научных скандалов уже предвкушали наслаждение от длительного спора между учеными, но, к их глубокому сожалению, перепалка не состоялась. Оказалось, что причина этого казуса уже давно известна. Ее открыл известный английский физик Осборн Рейнольдс.
В 1883 году Рейнольдс наблюдает течение жидкостей в трубах и выясняет, что оно может быть двух видов: слоистое, плавное, которое ученый назвал ламинарным (в буквальном переводе это означает «в полоску»), и бурное, вихревое, получившее название турбулентного. Тогда же он устанавливает и тот факт, что при определенных скоростях ламинарное течение может превращаться в турбулентное, при этом резко возрастает сопротивление трения: чтобы протолкнуть жидкость по трубе, приходится затрачивать большие усилия. Этими-то «капризами» потока и объяснялась разница в опытах Прандтля и Эйфеля. Там, где коэффициент лобового сопротивления получился больше, шар обтекался турбулентным потоком.
«Чрезвычайное происшествие» с шаром показало, что турбулентность присуща не только течению жидкостей, но и воздушному потоку. А раз так, значит полету самолета, ракеты, вертолета и даже планера. На примере парителя и познакомился с «сюрпризами» турбулентности наш известный авиаконструктор и большой поклонник планерного спорта Олег Константинович Антонов.