«Весьма жалею, что не мог произвести более обширных опытов с поверхностями большей длины и со скоростями, большими пяти метров в секунду!» — писал Циолковский по поводу своих опытов в аэродинамической трубе.
Сейчас мы испытываем в аэродинамических трубах не только модели. В больших трубах нашего Центрального аэрогидродинамического института помещается двухмоторный бомбардировщик, и наши расчеты несравненно точнее. Но достойны глубочайшего удивления терпение, настойчивость и достаточная точность работ Циолковского, который в своей столь несовершенной воздуходувке, как раньше на своих столь грубых аэродинамических весах, получал все же очень хорошие результаты.
Циолковский не мог создать экспериментальную аэродинамику. Энтузиаст воздухоплавания, он является лишь живым свидетельством того, насколько к концу прошлого века было подготовлено возникновение русской аэродинамической школы и русского самолетостроения.
Представляя читателю лишь наиболее типичных представителей ранней авиационной мысли в России, мы должны в заключение упомянуть еще о Дмитрии Константиновиче Чернове, гениальном русском инженере-металлурге, выступившем в 1893 году с замечательным докладом о «воздушном летании».
Глубоко заинтересованный теоретическими заключениями Чернова, профессор Н. Е. Жуковский сделал в Москве, в марте 1894 года, доклад по поводу «Теории летания, предложенной Д. К. Черновым».
Все предшествующее развитие науки и техники к концу XIX века настолько подготовило и приблизило осуществление тысячелетней мечты человечества, что иногда трудно установить, кому принадлежит тот или иной решительный шаг в деле осуществления механического летания по воздуху. Может быть, работа Чернова по теории летания имела огромное влияние на разрешение вопроса, а может быть, единственным практическим следствием ее было установление дотоле не существовавшей связи между Воздухоплавательным отделом Русского технического общества, находившимся в Петербурге, и Московским воздухоплавательным обществом. Как бы то ни было, но предпосылки для решения великой задачи в России были налицо, и оставалось явиться уму с великой способностью к обобщению, к проникновению в физическую сущность явлений, который бы закончил работу своих предшественников и получил бы славное имя «отца русской авиации».
Таким умом обладал Николай Егорович Жуковский, которому Великая Октябрьская социалистическая революция, как и Циолковскому, принесла не только полное и великое признание, но и предоставила в его распоряжение средства для создания всемирно известного теперь центра аэродинамической науки — Центрального аэрогидродинамического научно-исследовательского института.
Глава вторая
Русская аэродинамическая школа
Лет шестьдесят назад люди, близко стоящие к московскому городскому хозяйству, столкнулись с загадочным и непонятным явлением: то и дело, без всякой видимой причины, лопались прочные магистральные трубы водопроводной сети. Бедствие принимало такие размеры, что нашлись хозяева, считавшие нужным вовсе отказаться от водопровода и возвратиться к прежней системе водоснабжения. Старая система, как известно, состояла в доставке воды бочками и ведрами из Москвы-реки и дворовых колодцев.
После некоторых размышлений Управление городским хозяйством создало комиссию для изучения странного явления. В комиссию решено было ввести профессора механики Московского высшего технического училища Николая Егоровича Жуковского. Приглашение это было не случайным. Еще когда водопровод проектировался и строился, к Жуковскому обращались за разрешением разных сложных вопросов и получали от него всегда ясные и правильные ответы, иногда даже в виде целых докладов и статей. Так, например, отвечая однажды на запрос о возможной мощности водосбора в мытищинских родниках, он установил, что колебание уровня подпочвенных вод связано с давлением барометра, и создал классический труд «О движении подпочвенных вод». Он даже продемонстрировал на докладе движение струек воды в песках, точно указав законы этого движения.
Вслед за тем в другой своей работе, «О влиянии давления на насыщенные пески», Николай Егорович доказал закономерность связи между уровнем подпочвенных вод и атмосферным давлением, измерение которого отмечается барометром.
Он объяснил, что в песках всегда находятся пузырьки воздуха, которые сжимаются при увеличении давления. По характеру колебаний уровня подпочвенных вод Жуковскому и удалось определить емкость водовместилища. Так как она оказалась недостаточной, мысль о расширении водопровода в Мытищах была оставлена и решили строить Рублевскую станцию.
Мало того, что Жуковский помог строителям составить представление о мощности источников для снабжения водой Москвы и выбрать место для водокачки, — он неожиданно оказал большую помощь конгрессу врачей в Вене: конгресс изучал вопрос о развитии эпидемий в связи с колебанием уровня подпочвенных вод. Труд московского ученого сыграл видную роль в занятиях и решениях съезда.
С проектированием Рублевской станции и было связано в особенности неотложное решение вопроса о причинах систематических повреждений труб московского водопровода.
Для изучения причин бедствия, постигшего московский водопровод, Жуковский отправился на Алексеевскую водокачку, под Москвой. Он указал комиссии, что, по его мнению, главная причина аварий магистральных труб заключается в развитии сильного ударного действия воды в трубах, когда их быстро открывают или закрывают. Чтобы проверить свою догадку, ученый решил основательно исследовать это явление гидравлического удара. Все происходящее внутри чугунных труб Жуковский представлял себе и без того очень ясно. Пожалуй, он даже угадывал основные черты закона, управлявшего поведением воды. Однако, чтобы выразить этот закон с помощью непреложных формул, требовалось обследовать явление опытным путем.
По указанию Николая Егоровича на водокачке соорудили опытную сеть водопроводных труб разных диаметров. Сеть заставляли работать при самых разнообразных условиях. Электрические звонки, хронометры, пишущие аппараты сторожили каждое движение воды, каждое колебание труб, давая знать о них ученому. Опытная сеть была построена с большим остроумием и предусмотрительностью.
Прежде всего экспериментатор определил длину и скорость волны при гидравлическом ударе. Затем он убедился в том, что действительно все явления гидравлического удара объясняются возникновением и развитием в трубах ударной волны, происходящей в несжимаемой жидкости от расширения стенок трубы. Инженеры, строившие водопровод, не обратили внимания на то, что когда задвижка или кран быстро закрываются, то вода останавливается и такое состояние ее передается в трубах по закону распространения волнообразного движения. Обстоятельство это строители упустили из виду, очевидно, потому, что имели дело не с длинными трубами. В коротких же трубах, ввиду громадной скорости распространения ударной волны, подъем давления кажется происходящим вдоль всей трубы одновременно.
После этого Жуковский установил без большого труда, что опасное возрастание интенсивности гидравлического удара начинается при переходе ударной волны с труб большого диаметра на трубы малого диаметра. Такое возрастание в конце концов, при особо неблагоприятных условиях, вызывает разрыв трубы.
Установив причину аварий, исследователю оставалось только предложить меры к их предотвращению. Они напрашивались теперь сами собой. Раз аварии вызывались быстрым закрыванием кранов и задвижек, естественно, что для предупреждения их следовало ввести медленное закрывание и открывание кранов.
Как только такие краны, с приспособлением для медленного закрывания, были введены, так тотчас и прекратились аварии, донимавшие московский водопровод.