☆

История решения одной задачи

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.

Кроме того, Жуковский рекомендовал для ограждения водопроводных труб от аварий устраивать на магистрали воздушные колпаки, которые, как подушки, смягчают ударное действие воды в трубах.

Вы думаете, что этим дело и кончилось? Нет, водопроводные аварии и медленно завинчивающиеся краны для Жуковского оставались только внешними границами практического мира. Истинная наука начиналась за этими границами, а Жуковский был великий ученый. Он заглянул гораздо глубже в сущность стихии и, возвратившись в практический мир, предложил нечто, похожее на колдовство. Он, видите ли, нашел способ определять место аварии, не выходя из водокачки и не дожидаясь, когда вода в месте разрушения трубы выступит на поверхность мостовой, давая знать об аварии. Секрет заключался в том, чтобы создать искусственный гидравлический удар на водокачке, а затем взглянуть на ударную диаграмму, автоматически вычерчиваемую на бумаге особым прибором. Пользуясь теоретическим построением Жуковского, по этой диаграмме оказалось возможным точно определять место, где происходит утечка воды.

Когда старых рабочих-водопроводчиков прислали впервые на спокойную улицу с сухой и чистой мостовой и сказали им: «Ройте, тут лопнула труба!» — они посмотрели на инженера, как на человека, сошедшего с ума или решившего пошутить. Сняв верхний покров мостовой, люди приступили к работе молча. Рабочих оскорбляло неуважение к их труду, казавшемуся заведомо напрасным и бесполезным. Молодой инженер и сам ждал, закусив губы. Люди шумно швыряли землю, но ждать пришлось недолго. За песчаным слоем последовала глина, напитанная до отказа водой, и вслед за тем захлюпала жидкая грязь: место разрыва трубы было определено по диаграмме с точностью до одного метра.

Так была решена профессором Жуковским задача о величине гидравлического удара и о скорости его волны. Это было первое полное и точное решение в науке.

Когда Жуковский 26 сентября 1897 года делал доклад об этом решении в Политехническом обществе, деловой вечер обратился в триумф теоретической науки и ее блестящего представителя. Работа Жуковского «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах», переведенная вскоре почти на все языки, стала теоретической основой для совершенствования всех гидравлических машин. Московский профессор рассеял туман, окутывавший многие вопросы, связанные с работой таких машин. Гидротехники получили возможность производить точные расчеты не в одном водопроводном деле. Прежде всего были созданы правильные конструкции гидравлических таранов: тараны работали доселе очень плохо, так как наука не имела оснований для расчета длины трубы, подводящей воду. Как обеспечить наивыгоднейшее использование в таране гидравлического удара, никто не знал.

Теперь гидравлический таран, попав в сферу влияния научных идей русского ученого, начал жить заново. Без всяких дополнительных сооружений, без насосов, плотин и моторов, тараны сейчас в некоторых колхозах подают из ложбин и овражков с текучей водой высоко наверх, в коровники и конюшни, живую струю воды.

Таковы теоретические и практические результаты решения одной задачи, такова история этого решения. За долгую и страстную свою жизнь Жуковский решил их несколько сотен. И все они были труднейшими из задач, предложенных мировой науке инженерами, техниками и практическими работниками самых разнообразных областей жизни.

Н. Е. Жуковский.

В разные периоды своей ученой деятельности Жуковский занимался и вопросом о прочности велосипедного колеса, и вопросом о наивыгоднейшем угле наклона аэроплана, и вопросом о рациональной форме корабля. С исчерпывающей полнотой и даже с показом механических моделей он отвечал и на вопрос, почему кошки при падении всегда падают на лапы, и на вопрос, почему из фабричных труб дым выходит клубами, и на тысячу других вопросов, больших и маленьких. Он дал полное объяснение и явлениям кровообращения в человеческом организме и действию гребного винта. Он делал доклады и о парении птиц, и о движении вагонов по рельсам, и о снежных заносах, и о ветряных мельницах, и о качке кораблей, и о множестве других разнообразных вещей, которые Жуковскому служили только поводом для теоретических построений огромного и широчайшего значения.

Но самым главным среди всего, что сделал Жуковский, были его работы по вопросам авиации и воздухоплавания.

Эти работы доставили ему мировую славу и воздвигли нерукотворный памятник как «отцу русской авиации».

Основные законы движения воды и воздуха

В природе есть много явлений, наблюдая которые кажется невозможным проникнуть в тайну законов, ими управляющих. Клочок бумаги, брошенный на пол, падая, ложится совсем не там и не так, как можно было ожидать. Орел и ястреб парят в воздухе, не двигая крыльями. Вихри, ветры, ураганы, все явления, происходящие под влиянием сил, возникающих при движении воздуха, долгое время оставались непонятными и необъяснимыми.

То же можно сказать и о явлениях, связанных с движением жидкостей при воздействии на них каких-либо сил. Именно полнейшая неуловимость законов движения воды и особенно воздуха заставляла наших предков относиться к ним как к стихийным силам природы, непостижимым уму и неподвластным человеку.

До последнего времени многих законов аэродинамики и гидродинамики, определяющих поведение воздуха и жидкостей в связи с действующими на них силами, человечество не знало. Поэтому в течение тысячелетий, несмотря на множество смелых, но наивных попыток, человек не смог подняться в воздух. Он сделал это тогда, когда были разрешены основные вопросы аэрогидродинамики, установлены основные законы движения тел в воде и воздухе.

Одна из важнейших закономерностей аэрогидродинамики была установлена еще в XVIII веке голландским ученым и членом Петербургской Академии наук Даниилом Бернулли. Он установил связь между давлением и скоростью в каждой точке струи тяжелой жидкости.

В чем заключается связь между скоростью и давлением?

Что такое скорость и давление в приложении к воде и воздуху?

Воздух, подобно жидкости, давит на поверхность каждого тела, с которым он соприкасается, причем давление в каждой точке перпендикулярно к поверхности тела. Такое давление называется статическим давлением или просто давлением. Статическим давлением является атмосферное давление: воздух, как известно, имеет вес, и довольно значительный — каждый литр его весит более грамма. На каждый квадратный сантиметр поверхности у земли давит воздушный столб такого же сечения, весом около килограмма. Это и есть пример статического давления.

Скорость, или, вернее, живая сила, текущих воды или воздуха может быть преобразована в давление на поверхность тела. В отличие от статического давления, такое давление называется динамическим давлением, или скоростным напором. Если в стакан с водой подуть с достаточной силой, то вода выплеснется через край.

Так вот, Бернулли установил, что для каждой точки струи жидкости, не обладающей вязкостью, сумма скоростного напора и статического давления остается величиной постоянной. Иначе говоря, там, где увеличивается скоростной напор, уменьшается давление, и, наоборот, там, где уменьшается скоростной напор, увеличивается давление. Закон этот, как выяснилось позднее, одинаков и для жидкостей и для газов.

Стоит нам только усвоить этот основной закон, одинаковый для воды и воздуха, как многие аэрогидродинамические загадки перестают быть загадками.

Возьмем, например, два листка бумаги, слегка выгнем их и будем держать близко друг к другу выпуклыми сторонами. Казалось бы, что если подуть в пространство между ними, листки должны разойтись. На самом деле листки сближаются своими горбами.

Не зная связи между скоростью и давлением, тут ничего нельзя понять. Но закон Бернулли говорит, что увеличение скорости между листками уменьшает давление между ними, в то время как на внешних сторонах листков оно остается неизменным, равным атмосферному. Вот эта разность давлений и сближает листки.

Закон Бернулли разъясняет нам, почему часто сталкиваются сближающиеся корабли. Когда корабли идут параллельно друг другу на небольшом расстоянии, борты их образуют канал, где возникает течение. Скоростной напор воды в узком пространстве между кораблями увеличивается и уменьшает здесь статическое давление: внешнее давление оказывается более сильным и сближает корабли вплоть до их столкновения при неумелом управлении судами.

Известно, что ветер может сорвать крышу с дома; но если спросить нас, каким образом это случается, большинство ответит, что ветер подхватывает крышу снизу и срывает ее, хотя трудно понять, как он может проникнуть под крышу, плотно прилегающую к стене. В действительности дело обстоит совсем не так. Над крышей ветер скоростным напором уменьшает статическое давление, которое под крышей, оставаясь неизменным, становится бóльшим, чем над крышей: разность давлений и срывает крышу.

Испытание модели здания на сопротивление воздуху в аэродинамической трубе.

Любопытно, что до развития аэродинамических знаний крыши зданий рассчитывались на прочность только из учета давления сверху. Возможность давления изнутри никому не приходила в голову, так как срыв крыш при ветре объяснялся совсем неправильно.

Другой важнейший закон аэродинамики определяет сопротивление воздуха движению в нем твердых тел. Теорию сопротивления воздуха впервые разработал Ньютон, но теория Ньютона оказалась в большом противоречии с опытом.

Ньютон предполагал, что когда в воздухе движется твердое тело, то частицы воздуха ударяются о его поверхность и совместное действие этих ударов порождает сопротивление воздуха. А тем, что делается с частицами воздуха после ударов их о тело, ученый не интересовался, и, согласно его теории, получалось, что сопротивление воздуха телу с определенной скоростью движения зависит только от поперечного сечения его. Будет ли это круглая пластинка, или шар, или сигара, — раз они имеют один и тот же диаметр в наибольшем сечении, они должны испытывать одинаковое сопротивление воздуха.

Несмотря на противоречие с действительностью, теория Ньютона, известная под названием «обыкновенной теории сопротивления», оставалась общепринятой очень долго. Этому, конечно, способствовал огромный научный авторитет ученого, но были и другие, очень существенные причины такого положения дела.

Во времена Ньютона и значительно позднее механика, то-есть учение о движении и равновесии физических тел, рассматривалась как прикладная часть математики и все вопросы механики решались путем математического исследования. Этим путем и шел Ньютон, исследуя тот невидимый процесс взаимодействия между телом и частицами среды, который составляет причину сопротивления.

Но «…ни точных наблюдений, ни тем паче каких-либо точных законов сопротивления, которые могли бы лечь в основу математического анализа, могли бы служить поводом для составления удовлетворительной гипотезы, — ни у Ньютона, ни у других математиков, занимавшихся этим вопросом, не было, — говорит Менделеев. — Пришлось задаться произвольными гипотезами, берущими начало в первом знакомстве с предметом, — в наблюдении, а не в измерении или опыте. А если явление сложно, как сопротивление среды, то такой путь никогда не приводит к верным, согласным с природою следствиям. Это видно во всем историческом развитии точных знаний».

История развития аэродинамических знаний свидетельствует о том, что и аэродинамика не составляет исключения из общего правила.

«Истинный путь, ведущий длинным, но зато верным способом к теоретическому пониманию сложных явлений, состоит в опыте и измерении отдельных частностей сложного явления, — учил Менделеев. — В опыте устраняются побочные, осложняющие обстоятельства, а измерения, производимые при опытах, составляют главную возможность проверки и гипотез, а потом теорий».

Только идя этим истинным путем, удалось внести ясность в вопросы сопротивления среды.

Наблюдения показали, что в действительности сопротивление пластинки значительно больше, чем сопротивление шара, а сопротивление шара больше, чем сопротивление рыбообразного тела. Ньютон принимал во внимание лишь действие воздуха на переднюю часть движущегося тела, в то время как на тело в действительности оказывают воздействие частицы воздуха со всех сторон. При движении тела частицы воздуха образуют определенный поток, который в зависимости от формы тела обтекает его более или менее плавно.

Правда, опыты производятся не с движущимся телом, а с воздухом, набегающим на тело, но из физики известно, что принцип обратимости приложим и в аэродинамике, так что сила сопротивления воздуха будет одинаковой, независимо от того, движется ли тело в воздухе или воздух набегает на тело. Разница заключается только в том, что в первом случае воздух стремится затормозить движение тела, а во втором, наоборот, он стремится двигать тело в направлении воздушного потока. Но там и тут силы воздействия вызываются сопротивлением и подчиняются одним и тем же законам.

Закон Бернулли в известной мере помогает понять, почему сопротивление воздуха телам разной формы неодинаково.

Дело в том, что плавного, невозмущенного обтекания вообще нет. Если мы хотим укрыться от ветра, то мы становимся за угол дома, куда ветер не забегает и где образуется область «аэродинамической тени». Если бы существовало плавное обтекание, то такой тени не получилось бы и от ветра было бы невозможно укрыться. Дело обстоит не так. Потоки воздуха по инерции срываются с обтекаемой им стены, и за углом, в тени его, образуется область с беспорядочным движением. Вследствие увеличения скоростного напора уменьшается давление в потоке, и это пониженное давление передается и в область аэродинамической тени, так что за углом дома или испытываемым на сопротивление телом — например, за пластинкой — образуется область пониженного давления. В то же время перед пластинкой или перед домом создается повышенное давление вследствие уменьшения скорости воздушного потока, наталкивающегося на препятствие.

Пластинка является, разумеется, бóльшим препятствием, чем шар, ибо воздух обтекает шар более плавно, чем пластинку, и сопротивление воздуха тут будет меньше, так как разность давлений перед шаром и позади его будет меньше, чем перед пластинкой и за ней. В случае же сигарообразного тела срыв струй и беспорядочное вихреобразование становятся настолько незначительными, что разности давлений перед телом и позади него почти не получается.

Движение воздушных струй, встречающих на своем пути пластинку, стоящую перпендикулярно к потоку.

Сопротивление воздуха такому хорошо обтекаемому телу раз в двадцать пять меньше, чем сопротивление пластинке. Можно считать, что сопротивление воздуха хорошо обтекаемому телу обусловливается только трением воздуха о поверхность тела.

Так обстоит дело с сопротивлением, когда воздушный поток обтекает тело симметрично, одинаково со всех сторон. Сопротивление, возникающее в зависимости от формы тела и от трения воздуха, называется лобовым сопротивлением, и при симметричном обтекании оно только тормозит движение тела.

Нечто совершенно иное получается при несимметричном обтекании, когда, скажем, пластинка поставлена под некоторым углом к воздушному потоку. В этом случае сила воздействия воздуха, возникающая в результате разности давлений под пластинкой и над нею, будет направлена не по воздушному потоку, а под углом к нему. Возникает подъемная сила, направленная перпендикулярно к потоку, которая стремится отнести пластинку или вверх, или в сторону, в зависимости от положения пластинки.

Движение воздушных струй, встречающих на своем пути пластинку, стоящую под некоторым углом к потоку.

Обыкновенный детский бумажный змей и есть такая пластинка, которую хвост и бечева держат под некоторым углом к набегающему воздушному потоку. Змей поднимается при этом независимо от того, тянет ли его в воздухе за бечеву рука ребенка или, наоборот, на змей набегает ветер, а ребенок стоит неподвижно.

Известный тысячи лет и все-таки загадочный полет змея основывается, таким образом, на свойстве воздушного потока создавать подъемную силу при набегании его на плоскую пластину, поставленную наклонно к потоку. Угол, под которым наклонена пластина по отношению к набегающему на нее потоку, называют «углом атаки».

Вот, примерно, тот круг основных аэрогидродинамических знаний и представлений, какой имелся в мировой науке к началу нынешнего века, ознаменовавшемуся повсеместным строительством самолетов.

Первые самолеты, напоминавшие коробчатый змей, представляли собой слегка вогнутые поверхности, скрепленные стойками, между которыми помещались летчик и мотор с винтом, толкавшим самолет.

Эти самолеты летали с небольшой скоростью, невысоко, держались в воздухе недолго и едва-едва поднимали одного летчика с пассажиром.

В это время Николай Егорович Жуковский и сделал одно из замечательных в мировой науке открытий. Он показал, что механизм образования подъемной силы у хорошо обтекаемого крыла иной, чем при срыве потока. Наличие подъемной силы обусловлено тут не существованием аэродинамической тени за пластинкой, а разностью скоростей под крылом и над крылом, или, как говорят, «циркуляцией потока» вокруг крыла.

Это открытие, поставившее Жуковского на одно из первых мест в мировой науке, и до сих пор остается предметом величайшего внимания аэродинамиков во всем мире.

Творческая история Н. Е. Жуковского

Жуковский родился 17 января 1847 года. Он был сыном инженера, одного из строителей Нижегородской шоссейной дороги, впоследствии скромно занимавшегося сельским хозяйством в своем имении, в деревне Орехово, Владимирской губернии. Мальчик рос в доме исконно дворянском, но совсем не богатом.

Случилось так, что учителем старшего брата оказался не только хорошо воспитанный, но и прекрасно образованный человек, к тому же пылкий фантазер, студент А. X. Репман. Он нашел прилежного слушателя в младшем члене большого семейства и легко привил ему любовь к чтению фантастических романов и повестей о путешествиях и необычайных приключениях на земле, под водой и за облаками.

И вот этот мир приключений, населенный пиратами и разбойниками, мир, где снимали скальпы с живых людей проворнее, чем почтенная хозяйка дома приподнимала крышку с суповой миски, — этот мир заворожил мальчика и пробудил его ум к действию и размышлению.

Говорят, что в 4-й московской гимназии, куда отвезли юного Жуковского, он был первые три года посредственным учеником. Арифметика не давалась мальчику не то из-за рассеянности, не то из-за ничего не говорящих, голых цифр, за которыми не было никакого конкретного содержания.

Скорее всего, однако, по самому складу своего ума Жуковский мог воспринимать мир и понимать отношения в нем, когда они становятся предельно ясными, геометрически обнаженными.

Жуковский не любил цифр и расчетов в их отвлеченном виде, но у учителя, преподававшего геометрию, он оказался лучшим учеником.

Окончив курс гимназии, Жуковский поступил на математический факультет Московского университета, хотя предпочитал бы один из тогдашних политехникумов. Но в университете читали лекции Давыдов, Слудский, Цингер — известные ученые, и юноша нашел здесь свое место.

Уже с первого курса Жуковский стал принимать участие в занятиях математического кружка. Из него потом выросло знаменитое Московское математическое общество.

Жуковский в те годы был типичным русским студентом. Он жил в комнатке, названной товарищами «шкафчиком», и когда причесывался, гребенкой задевал потолок. Он бегал по городу, давая уроки, и издавал литографским способом лекции, им самим аккуратно записанные и имевшие в его редакции большой успех. Уже в этой работе сказывалось характеризующее Жуковского стремление к ясности, к геометрической определенности.

Геометрическую наглядность он вносил во все, чего касался, и отсутствие ее причиняло ему почти физическое страдание.

В 1868 году университетский курс был закончен. Жуковского все еще тянуло в политехникум. Он тяготел к практической деятельности, мечтал сделаться инженером и отправился в Петербург, где поступил в Институт путей сообщения. Но тут профессора занимались не разработкой руководящих научных идей, а простым изложением фактического материала, потребного для повседневной практики. Студентов учили считать и чертить, к чему у Жуковского никогда не лежала душа. Через год он провалился на экзамене по геодезии и понял, что инженера-практика из него не выйдет. Он оставил институт и уехал из Петербурга.

Из-за болезненного состояния он должен был провести целый год в Орехове, а осенью 1870 года вернулся в Москву и стал преподавать физику в женской гимназии. Вскоре ему поручили преподавание математики в Московском высшем техническом училище (МВТУ), которое он не покидал уже до конца жизни.

Оторванному от университета молодому ученому нелегко далась его первая научная работа «Кинематика жидкого тела», которую он представил на соискание ученой степени магистра. Но защитил он ее с блеском.

Это был первый вклад Жуковского в гидродинамику.

Любопытно отметить, что за разработку этой темы Николай Егорович взялся исключительно потому, что до него в этой сложной области не было той ясности и наглядности, к которым он всегда стремился.

Кинематикой жидкого тела он начал заниматься в Орехове — главным образом, чтобы самому себе составить ясное представление об этом деле.

Совет Московского высшего технического училища командировал молодого ученого за границу. Из этого путешествия Жуковский вернулся в Москву с твердо установившимися взглядами и на науку и на самого себя.

По возвращении из-за границы Жуковский был избран профессором по кафедре механики.

Сочинение «О прочности движения» принесло ему ученую степень доктора прикладной механики.

В 1888 году Жуковский занимает кафедру прикладной механики в Московском университете. Он становится деятельнейшим членом всех научных обществ, устраивается на постоянное жительство в Москве с матерью, братьями и сестрами.

Отныне история его жизни становится историей научных работ, историей докладов и сочинений, историей решения сложных задач, выдвигаемых запросами практики, историей теоретических построений, историей лабораторных экспериментов, историей русской аэродинамической школы.

Подобно многим другим великим работникам науки, Николай Егорович как-то очень мало интересовался всем тем, что с наукой не соприкасалось. К тому же он жил в большой, дружной семье, которая избавляла его от всяких житейских дел и забот, предоставляя ему полную возможность заниматься своим прямым делом.

Если гениальный Ломоносов, далеко обогнавший свое время, был не понят современниками и умер, не оставив после себя прямых учеников, то о Жуковском можно сказать, что он родился как раз во-время, для того чтобы первым в мире провозгласить «теоретические основы воздухоплавания», стать во главе созданной им школы русских аэродинамиков, воспитать первых русских авиационных инженеров, конструкторов и летчиков, стать в полном смысле слова «отцом русской авиации».

Замечательно и чрезвычайно характерно при этом, что Жуковский не конструировал и не строил самолетов и никогда не летал, даже в качестве пассажира.

Только раз в жизни, в Париже на Всемирной выставке в 1900 году, во время происходившего там Первого всемирного конгресса воздухоплавания, Николай Егорович поднялся в воздух на привязном аэростате. Однако едва лишь аэростат очутился над землей, Николай Егорович почувствовал себя так плохо, что должен был опуститься на дно корзины и, разумеется, не мог произвести никаких наблюдений.

Этот эпизод остается мало известным. Николай Егорович принял все меры к тому, чтобы скрыть его от родных, так как боялся огорчить свою мать, в глазах которой все грозило ее сыну смертельной опасностью.

Теоретические основы авиации

Жуковский и в раннюю пору своей научной работы не сомневался в возможности осуществления тысячелетней мечты своего народа и всего человечества.

«Птицы летают, почему же человек не может летать?» — говорил он.

Когда ему указывали на бесплодность многих попыток летания на всякого рода аппаратах, вроде крыльев из птичьих перьев, он отвечал, улыбаясь:

«Человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума!»

Опираясь на силу своего собственного огромного ума, Жуковский раскрыл миру тайны летающего тела и сделал ясным все, что происходит в воздухе вокруг него.

Правда, Жуковский начал свою ученую деятельность как гидродинамик, он много занимался вопросами чистой математики, вопросами теоретической и прикладной механики, отзываясь на запросы живой практики. Но время от времени он выступал с докладами по авиации и воздухоплаванию. После доклада «К теории летания», состоявшегося в 1890 году, и знаменитой работы «О парении птиц», вышедшей в 1891 году, появляется его статья «О наивыгоднейшем наклоне аэропланов».

В первой из этих работ Жуковский решает вопрос о происхождении силы тяги у тела, которое как бы внутренними силами перемещается в воздухе. Не решая окончательно вопроса о том, трению или срыву струй обязана своим образованием сила тяги, Жуковский склоняется к мнению, что силы тяги возникают вследствие трения.

В статье «О парении птиц» Жуковский дал полное решение задач о скольжении птицы в покойном воздухе и показал, каким образом найденное движение видоизменяется в воздухе, текущем горизонтальными слоями разной скорости, дующем порывами или имеющем легкое восходящее движение. Он установил характерные особенности поведения парящей птицы при всех этих условиях. Здесь же Жуковский обосновывает возможность выполнения «мертвой петли».

Чертеж Н. Е. Жуковского из его статьи «О парении птиц», доказывающей возможность «мертвой петли».

Русский летчик Петр Николаевич Нестеров первый в мире, после долгой и упорной работы, сделал в воздухе эту «мертвую петлю».

Так Жуковским был начат цикл интереснейших работ, из которых ныне создалась важнейшая научная дисциплина «Динамика полета», рассматривающая условия полета, взлета и посадки, различные режимы полета, фигуры и т. д.

Итак, еще задолго до того, как был осуществлен первый динамический полет на самолете, Жуковский уже совершенно отчетливо представлял себе общую картину полета.

Очень интересен для характеристики тонкого понимания всех условий полета, каким обладал Жуковский, и такой факт, рассказанный нам старейшим русским летчиком и учеником Николая Егоровича, заслуженным пилотом Б. И. Россинским.

Листок из записной книжки летчика П. Н. Нестерова со схемой «мертвой петли», совершенной им первым в мире 27 августа (9 сентября) 1913 года.

В том же Денисовском переулке, где Россинский жил и гонял с товарищами голубей, квартировал в то время Жуковский. Гуляя по улице со своей охотничьей собакой, Николай Егорович неизменно останавливался посмотреть на летающих голубей. Ребята завели знакомство с взрослым бородатым человеком, оказавшимся таким же голубятником, как они сами, и он охотно объяснял им, как птицы летают и почему они изгибают края хвоста при повороте.

Случилось, что у одного из голубей ястреб вырвал клок перьев из хвоста. Для того чтобы хвост рос ровно, ребята выщипали у него и остальные перья. К их удивлению, голубь продолжал летать в стае. Естественно, что они обратились за разъяснениями к своему наставнику:

— Вот голубь-то без хвоста, а кружит со всеми, как хвостатый. Почему это?

Жуковский с величайшим любопытством устремил взоры на голубей и тотчас же отличил бесхвостого от остальных. Он не делал плавных кругов, как другие, а, пользуясь крыльями, поворачивался круто, почти под прямым углом. Профессор объяснил ребятам, что перекашиванием концов крыла птица осуществляет крен и поворот при полете. Таким образом, в Денисовском переулке ранней весной 1894 года был решен пионерами воздухоплавания вопрос о повороте аэроплана перекашиванием концов крыла.

К этим воспоминаниям своего раннего детства Б. И. Россинский присоединяет очень интересную догадку о том, что и мысль о возможности «мертвой петли» возникла у Н. Е. Жуковского при наблюдении за полетом знаменитых турманов, составляющих гордость всех голубятников.

Турманы принадлежат к самой замечательной породе домашних голубей, происходящих из Индии, где они культивировались в течение тысячелетий. Как показывает самое их название, турманы отличаются от всех других голубей своеобразным кувырканием на высоком и красивом лёте, и предположение старейшего русского летчика о том, что именно восхитительное кувыркание турманов побудило Жуковского к теоретическому обоснованию «мертвой петли», весьма правдоподобно.

Путь, приводящий к открытию, к установлению закона, не всегда виден в творении ученого. Чаще всего он излагает лишь конечные результаты своей мысли и опыта, ограничиваясь строгим изложением доказательств, удаляя все подмостки, служившие ему для постройки здания, не давая возможности заглянуть в свою творческую лабораторию.

Однако мы знаем, что «почти все великие открытия и изобретения найдены при помощи случая», как говорили раньше, или «при непосредственном участии природы», как следовало бы говорить теперь.

В «Философских тетрадях» В. И. Ленина, представляющих собой гениальный вклад в сокровищницу марксистско-ленинской теории, имеется ряд замечаний, касающихся отношения между природой, наукой и техникой.

Напомним некоторые из них:

«Человек в своей практической деятельности имеет перед собой объективный мир, зависит от него, им определяет свою деятельность».

«Цели человека сначала кажутся чуждыми („иными“) по отношению к природе. Сознание человека, наука („понятие“), отражает сущность, субстанцию природы, но в то же время это сознание есть внешнее по отношению к природе (не сразу не просто совпадающее с ней).

Техника механическая и химическая потому и служит целям человека, что ее характер (суть) состоит в определении ее внешними условиями (законами природы)».

«Жизнь рождает мозг. В мозгу человека отражается природа. Проверяя и применяя в практике своей и в технике правильность этих отражений, человек приходит к объективной истине».

Как человек проверяет и применяет в практике своей и в технике правильность отраженной в мозгу природы? Дерево, упавшее с одного берега ручья на другой, по которому перебираются через ручей животные и человек, запечатлевается в мозгу. Когда же, при нужде, человек сам нарочно валит дерево с берега на берег, чтобы перейти реку, он только применяет в практике своей отраженную в мозгу природу и, проверив правильность этого отражения, приходит к объективно истинной конструкции простейшего, балочного моста.

Легко себе представить, какое бесконечное множество всевозможных отражений запечатлевается в мозгу человека каждый день, каждый час, каждую минуту, и этих отражений тем больше, чем обширнее опыт человека, чем разнообразнее общеприродная среда, его окружающая.

Особое, всем известное свойство запечатленных в мозгу отражений заключается в том, что мы можем произвольно комбинировать их. Природа не может создать крылатого коня — Пегаса, женщину с туловищем рыбы — русалку, а человек, комбинируя имеющиеся в мозгу отражения, создает в своем представлении и Пегаса, и русалку, и романы, и сказки, и мосты, и самолеты, и машины, и механизмы: объективным миром определяет человек свою деятельность, зависит от него, имеет его перед собой в практической деятельности.

Наилучшим примером того, как, проверяя и применяя в практике своей и в технике правильность отражений природы, человек приходит к своей цели, служит, и не только на ранней поре своего развития, история авиации.

Ведь творчество не есть созидание чего-то совершенно нового, не бывшего, не существующего: оно есть только комбинирование уже имеющихся в сознании элементов. Пегас — крылатый конь, русалка — женщина с рыбьим хвостом и тому подобные образцы человеческой фантазии являются свидетельством полной неспособности человека в творческом деле выйти за пределы простого комбинирования имеющихся в его сознании отражений общеприродной среды.

Вот почему чем обильнее, чем разнообразнее запас элементов в творческом сознании, тем шире и острее творческие возможности человека.

Жуковскому, закладывавшему теоретические основы таких совершенно новых наук, как аэромеханика или динамика полета, естественно, приходилось исходить прежде всего из опыта живой природы, которая и была его постоянным учителем. К тому времени, когда живая жизнь предъявила к теоретической авиации свои требования, когда первые полеты состоялись, 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 каким теоретическим способом можно 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 течения 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, при наблюдении полетов воздушного змея. За этим наблюдением последовала догадка, проверке которой Жуковский посвятил два года. После многих опытов и размышлений, убедившись в правильности своего предположения, Жуковский и установил тот закон, который получил во всем мире его имя.

Закон этот гласит:

«Подъемная сила по величине равна произведению плотности воздуха, циркуляции и скорости потока, а направление ее получается поворотом на прямой угол скорости потока в сторону, обратную циркуляции».

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 и применил свою теорему для объяснения, почему вращающиеся узкие и длинные пластинки при падении отклоняются от вертикали.

Применить теорему Жуковского для крыла удалось гораздо позднее, так как трудно было объяснить, как возникает циркуляция на крыле, и еще труднее было найти способ определения ее величины.

В окончательном выяснении всего вопроса о подъемной силе сыграли большую роль исследования Сергея Алексеевича Чаплыгина. Благодаря этим исследованиям был найден ответ на оба вопроса, и теорема Жуковского получила огромное, решающее значение для авиации.

Стоит рассказать подробнее, как это произошло.

В феврале 1910 года Жуковский делал доклад «О причинах образования подъемной силы крыла самолета» в Московском математическом обществе. На этом докладе присутствовал и Чаплыгин.

Жуковский объяснил, как возникает подъемная сила крыла, и вывел свою формулу, позволяющую рассчитывать силы, действующие на крыло. Но в эту формулу входила «циркуляция скорости» — величина, определить которую, по мнению докладчика, можно было только путем сложных и громоздких экспериментов.

Слушая своего учителя с полузакрытыми, по обыкновению, глазами, Чаплыгин неожиданно пришел к мысли, что эту величину можно вычислить и без экспериментов, не вставая из-за стола, чисто аналитическим путем. Жуковский заинтересовался предложением. Чаплыгин изложил ему ход своей мысли.

Рассуждения его сводились к следующему.

При изучении потока, обтекающего крыло при его движении, было замечено, что скорости частиц воздуха на верхней поверхности крыла больше, а на нижней поверхности крыла соответственно меньше скорости движения самого крыла в потоке. Это является причиной того, что давление воздуха на нижнюю поверхность крыла больше, чем соответственное давление по его верхней поверхности.

Сопротивление при симметрическом обтекании.

Сопротивление при несимметрическом обтекании.

При таких условиях Чаплыгину уже не стоило труда вывести правило подсчета циркуляции воздуха математическим путем. Подставляя вычисленную величину в формулу Жуковского, он получил возможность вычислить подъемную силу крыла, не прибегая к длительным, сложным и громоздким опытам.

Таким образом, благодаря аналитическому уму Чаплыгина вместе с теоремой Жуковского о величине подъемной силы явился и законченный метод определения подъемной силы крыла заданного профиля.

Этот метод вошел в мировую практику, и им пользуется самолетостроение до сегодняшнего дня.

Чаплыгин доложил о своем исследовании вопроса в том же Математическом обществе, а затем опубликовал работу в мемуаре «О давлении плоско-параллельного потока на преграждающие тела».

Идея, положенная Чаплыгиным в решение задачи об определении величины циркуляции, восходит к некоторым соображениям, приведенным в его докторской диссертации «О газовых струях», где он высказал положение, что при реальном течении ни в какой точке скорости не могут быть бесконечно большими, в то время как теоретическая наука считала, что скорость потока, обтекающего острые углы контуров, бесконечно велика.

Умозрительные заключения Чаплыгина тем и замечательны, что они неизменно совпадали с реальной действительностью и потому указывали путь к практическим приложениям.

Так Жуковский и Чаплыгин ответили с предельной ясностью на весь вопрос. Известный под названием «основной гипотезы Жуковского», ответ этот практически сводится к тому, что циркуляция образуется при наличии у обтекаемого тела острых кромок. Так как при плавном обтекании, согласно открытому Жуковским закону, подъемная сила возникает только от наличия добавочного, циркуляционного потока, то для крыла необходима острая кромка. Таким образом, теоретически удалось выяснить, что наивыгоднейшей формой крыльев в авиации будут крылья с острой задней и закругленной передней кромкой.

Профили теоретических крыльев Жуковского — Чаплыгина.

Такие крылья и стали применяться конструкторами.

После всех этих теоретических находок оказалось возможным не только создать полную циркуляционную теорию крыла, но чисто теоретически строить поток.

Благодаря великому открытию Жуковского стали понятными явления, происходящие в воздухе в области летающего тела, была создана полная теория крыла моноплана, началось строительство современных самолетов, имеющих толстое крыло с острой задней кромкой.

А. А. Микулин, вспоминая о Жуковском в двадцатую годовщину его смерти, писал:

«Имя Н. Е. Жуковского известно во всем мире. Помню, однажды в 1935 году мы приехали с комиссией осматривать лабораторию Кембриджского университета в Англии. В большой аэродинамической трубе гудел ветер, английские инженеры и профессора вели наблюдения за приборами и вели записи в протоколах. По окончании эксперимента мы спросили, что они изучают. С уважением к великому имени нам ответили: „Дужку Жуковского!“»

Как ни полно использовали авиационная техника и аэродинамическая наука учение Жуковского о присоединенных вихрях, оказалось, что инженерные возможности теории не исчерпываются все же одной областью. В 1924 году инженер Флетнер применил «силу Жуковского» для оригинального «роторного судна». Флетнер, исходя из того, что можно создать циркуляционное движение воздуха искусственно, вращая, например, круглый цилиндр, построил оригинальные «роторы» и поставил их на судно взамен парусов. Роторы Флетнера представляют собой легкие, полые гладкие цилиндры, приводимые в движение электромоторами.

Благодаря действию вязкости воздуха вокруг таких вращающихся роторов появляется циркуляционный поток и при наличии хотя бы легкого ветра образуется, согласно теории Жуковского, некоторая действующая на цилиндр сила. Эта сила и движет судно.

Хотя при замене обычных парусов роторами Флетнера судно и выигрывает во многих отношениях, будучи хорошо управляемым и легко перенося бури и шторм, оно, конечно, не могло конкурировать с паровыми судами и широкого распространения не получило.

Однако с научно-технической точки зрения роторное судно представляет большой интерес. Оно, во всяком случае, показало всю сложность и все своеобразие аэродинамических явлений и всю широту инженерных возможностей на их основе.

Предоставив своим русским ученикам и иностранным последователям дальнейшую разработку теории крыла, Жуковский обратился к более сложному случаю — к винтовому пропеллеру. Надо заметить, что лопасть винта представляет собой также крыло, с той разницей, что крыло при движении самолета движется поступательно, в то время как лопасть винта совершает гораздо более сложное движение, одновременно вращаясь около оси винта и перемещаясь вместе с самолетом.

Новым вопросом Николая Егоровича заставили заняться фотографии одного исследователя, работавшего над корабельными гребными винтами. Жуковский обратил внимание, что на фотографиях работающих винтов видны пузырьки воздуха, имеющие вид винтовых линий, сбегающих с концов лопастей. По мнению Жуковского, эти пузырьки указывали направление осей вихрей, сбегающих с лопастей винта. Имея в своих руках наблюдение и догадку, он обратился к проверке их и в результате в 1912 году дал свою знаменитую вихревую теорию гребного винта.

Фотографии гребных винтов, послужившие Жуковскому отправной точкой для создания вихревой теории гребного винта.

Вихревая теория позволила вывести формулы для расчета силы тяги винта и мощности двигателя, который необходим для его вращения. Оказалось возможным найти особую форму винта. Такие винты получили в честь Н. Е. Жуковского название «НЕЖ».

Первые винты «НЕЖ», теоретически найденные Жуковским и применявшиеся на практике в 1915 году.

Вихревая теория гребного винта, конечно, может быть распространена и на крыло. Она рассматривает различные схемы вихрей, образующихся за лопастью, и находит влияние этих вихрей на распределение скоростей в потоке, а также и те силы лобового сопротивления, которые получаются за счет образования определенного вида вихрей. Это последнее сопротивление, так называемое индуктивное сопротивление, сложенное с сопротивлением от трения и различных побочных вихреобразований, и дает то общее лобовое сопротивление, которое наблюдается у движущегося в воздухе крыла.

Как истинный гений, Жуковский рассыпал вокруг себя идеи, не заботясь о том, кому они будут приписаны. За всю свою жизнь он не запатентовал ни одного своего изобретения, а когда однажды, по настоянию своих учеников, согласился было это сделать, то сам же и лишил себя права на патент, не отменив опубликования изобретения до выдачи привилегии.

«Не отвлекаясь ничем преходящим, лишь в меру неизбежной необходимости отдавая дань потребностям жизни, он все свои гигантские силы посвящал научной работе. Его цельная натура была беззаветно посвящена этому труду», — говорит о нем его первый ученик С. А. Чаплыгин.

С. А. Чаплыгин

Если Жуковский был учителем во всей благородной полноте этого слова, то Чаплыгина надо назвать его истинным учеником и товарищем.

В своей речи «Механика в Московском университете за 50 лет», произнесенной Н. Е. Жуковским на торжественном заседании, посвященном сорокалетнему юбилею его научной деятельности, Николай Егорович говорил, переходя к задаче о движении по инерции твердого тела внутри несжимаемой жидкости:

«Эта задача ввиду богатства форм допускаемых движений живо заинтересовала меня, когда в качестве приват-доцента я начал свои лекции в Московском университете чтением специального курса гидродинамики. При напечатании этого курса я высказал некоторые соображения о постановке этой задачи с геометрической точки зрения. За разрешение этой задачи взялся тогда еще начинающий свою ученую деятельность С. А. Чаплыгин и в двух своих прекрасных работах показал, какой силой могут обладать остроумно поставленные геометрические методы исследования. Мой дорогой товарищ С. А. Чаплыгин пополнил исследования своего учителя еще другой работой. Ему удалось метод исследования струй распространить на газовые струи. При современных условиях воздухоплавания исследования С. А. Чаплыгина получают выдающееся значение».

Еще в конце 80-х годов прошлого века Жуковский выделил студента физико-математического факультета Московского университета Сергея Чаплыгина в число лиц, подготовляющихся к профессуре. Учитель привил своему ученику любовь к науке, заинтересовал его вопросами аэродинамики и гидродинамики, поставил перед ним проблемы авиации.

В истории науки не много найдется примеров такой духовной преемственности и связанности, пронесенных обоими через всю их долгую жизнь, какой являют собой Жуковский и Чаплыгин.

С. А. Чаплыгин.

Сергей Алексеевич Чаплыгин родился в 1869 году в Раненбурге, в той же Рязанской губернии, где так много было сделано русскими людьми попыток воздушного летания. Он учился в воронежской гимназии, а в 1890 году окончил Московский университет. Через четыре года он занял здесь кафедру прикладной математики.

Так же как жизнь Жуковского, история жизни Чаплыгина есть история его научных работ, дальнейшая история русской аэродинамической школы.

Одна за другой научные работы Чаплыгина приносили ему ученые степени, премии, медали, известность. Работы Чаплыгина по общим вопросам динамики системы и динамики твердого тела относятся к области чистой математики, и изложение их в доступной форме весьма затруднительно. Работы второй группы, представляющие ценнейший вклад в аэродинамику, лежат на пути от научной авиации к практической и в большей или меньшей степени доступны общему пониманию.

Явления, происходящие при обтекании газовым потоком — а воздушный поток ведь есть, вообще говоря, газовый поток, — какого-нибудь тела — скажем, крыла самолета, носят различный характер в зависимости от скорости набегающего потока на движущееся тело. Если скорости тут значительно меньше скоростей распространения звука в газе, то-есть примерно 600–700 километров в час, то обтекание идет совершенно так, как оно шло бы, если бы тело двигалось в какой-нибудь несжимаемой жидкости — скажем, в воде.

Задачи, относящиеся к такому движению тела, в большинстве случаев были решены Жуковским.

Совершенно иной характер носят явления, происходящие в газовом потоке, если движущееся в нем тело имеет скорость, приближающуюся к звуковой, так называемую критическую скорость. В этом случае возникает критический режим, когда часть газа движется со сверхзвуковой скоростью, а часть — со значительно меньшей. А когда скорость движущегося тела превышает звуковую, все явления, происходящие в газе, резко изменяются и подчиняются совсем иным законам.

Чаплыгин писал свою диссертацию «О газовых струях» летом 1901 года и ставил целью разработать метод для решения задач на обтекание тел газовым потоком с образованием срыва струй. В решении такого рода задач в те времена техника почти не нуждалась. Вопросы сопротивления воздуха, представляющего частный случай газового потока, практиков не интересовали. Их скорее могли бы интересовать вопросы сопротивления жидкостей, но и в этой области сделано было очень мало.

Как известно, многие физические законы общи для газов и жидкостей, но всякий газ, в том числе и воздух, можно сжать, например, движением поршня в цилиндре, как это и делается в двигателях Дизеля. Вода же несжимаема, и на этом свойстве ее строится целый ряд гидравлических машин. Д. И. Менделеев первый пришел к выводу, что данные для сопротивления жидкостей можно применять и к воздушной среде, что «опыты с водою дополняют и дополняются опытами с воздухом». Но он предвидел, как мы читали уже, и то, что с достижением некоторой «критической скорости» движения тела в жидкой среде «сопротивление всякой жидкости будет возрастать быстрее, чем до этого», то-есть законы сопротивления за пределами этой «критической скорости» окажутся иными.

Еще до своей диссертации Чаплыгин показал в статье «О некоторых случаях движения твердого тела в жидкости», что воздух можно рассматривать несжимаемым как жидкость лишь до тех пор, пока скорость движущегося тела будет значительно меньше скорости распространения звука. При скоростях, близких к звуковым, законы сопротивления в газовой среде будут резко отличаться от законов сопротивления в жидкой среде, и сжимаемость воздуха скажется на срыве струй.

Намного раньше других ученых Чаплыгин обратился к исследованию газовых струй и разработал метод решения задач на сопротивление тела в случае потока сжимаемого газа. В своей диссертации он дал гениальное по простоте решение. Оно состоит в том, что если известно решение задачи теории струй для случая несжимаемой жидкости, то решение аналогичной задачи для газа получится в виде такого же ряда, все члены которого получат некоторые дополнительные множители.

До Чаплыгина ученые, занимаясь вопросом обтекания газом тел с большими скоростями, прибегали к большому упрощению явления. Они пренебрегали толщиной изучаемого тела — скажем, крыла или лопасти.

Чаплыгин создал теорию газовых струй для дозвуковых скоростей и начал изучать явление без грубых упрощений в те времена, когда аэропланы имели ничтожную, в сущности, скорость — не более 60 километров в час. Теоретическая авиация, таким образом, шла впереди практической лет на сорок, потому что только теперь, когда скорости стали приближаться к звуковым, практическая авиация столкнулась с вопросами, изучение которых русская аэродинамическая школа начала сорок лет назад!

Плоская аэродинамическая труба в лаборатории Московского университета.

«Научный труд — это не мертвая схема, а луч света для практиков!» — говаривал Чаплыгин.

Так смотрел на науку Жуковский, так смотрел на науку и его первый ученик, хотя, в противоположность своему учителю, Чаплыгин был чистым математиком по складу своего ума.

Работа «О газовых струях» является одной из первых работ, знаменующих переход к новой эпохе в механике. В этой работе Чаплыгин дает решение ряда задач о струйных движениях сжимаемого газа. Основное значение этой работы заключается в том, что в ней даны методы изучения газовых течений со скоростями, близкими к звуковым.

Сейчас, когда в авиации достигнуты скорости, близкие к звуковым, а обтекание происходит при «критическом режиме» и часть воздуха движется со сверхзвуковой скоростью, нет надобности объяснять колоссальное значение работы Чаплыгина. Но кто мог, кроме Жуковского, оценить эту работу сорок лет назад, когда не было ни одной области техники, которая могла бы воспользоваться гениальным решением молодого ученого!

Докторскую степень Чаплыгину присудили, но из лиц, присутствовавших на защите диссертации, кажется еще только К. А. Тимирязев почувствовал всю глубину мысли докторанта. Человек, одаренный необыкновенной чуткостью в делах науки, первым назвавший И. П. Павлова «великим русским физиологом», Тимирязев, поздравляя Чаплыгина, сказал ему:

— Я не понимаю всех деталей вашего исследования, которое лежит далеко от моей специальности, но я вижу, что оно представляет вклад в науку исключительной глубины и ценности.

Чутье не обмануло Тимирязева. Через сорок лет столь отвлеченная для своего времени работа становится основной при разрешении задач скоростного полета.

Жуковский, если можно так выразиться, был организатором пассивным; собственно говоря, его главным организующим средством было личное обаяние, привлекавшее к нему, да еще уменье угадывать талантливого человека, хотя бы еще и ни в чем себя не выразившего. Чаплыгин являл собой тип организатора активного, администратора и хозяйственника. Он был первым директором Московских высших женских курсов, и исключительно его энергии они были обязаны открытием двух новых факультетов, прекрасным оборудованием, высокой постановкой преподавания.

Преобразование курсов во Второй московский университет было также проведено Чаплыгиным. Он был и первым ректором этого университета.

Н. Е. Жуковский с дочерью и ассистентом в лаборатории Московского университета.

Огромная память и не меньшая зоркость, при исключительной способности широко мыслить и угадывать любые отношения, как это присуще аналитическому уму математика, были использованы Чаплыгиным не только в сфере научной деятельности.

Хозяйственный, административный, организаторский практицизм Сергея Алексеевича носит прямо-таки анекдотический характер.

В качестве председателя коллегии ЦАГИ он завел такой порядок, что на заседаниях коллегии рассматривались мельчайшие хозяйственные дела, вплоть до утверждения к оплате всяких счетов.

На одном таком заседании коллегии фигурировал счет за аэродинамический обмер, или, как говорилось обычно, за «продувку» в аэродинамической трубе петуха. Сергей Алексеевич сказал:

— Платить не станем!

Так как незадолго до того без всяких возражений был оплачен совершенно аналогичный счет за продувку вороны, то естественно, что один из членов коллегии заметил:

— Если мы платили за ворону, Сергей Алексеевич, то почему же за петуха не платить?!

— Петух не летает! — ответил Чаплыгин.

Петух действительно — самый плохой летун в природе, но кто, кроме Чаплыгина, в состоянии заметить это соотношение между бухгалтерией и аэродинамикой?

Продувка чучела вороны в аэродинамической трубе.

Для Чаплыгина математика была средством познания более совершенным, чем все другие, которыми мы для этой цели пользуемся. Практикам он удивлялся, но не завидовал. Он жил в своем мире замкнуто и не слишком добивался признания.

Мир отвлеченных идей, какими оперирует математик, полностью поглощал ум Чаплыгина, и надо сказать, что математик он был классический, с огромной памятью и интуицией. Конкретные величины его трогали очень мало. Давая к каким-нибудь математическим построениям высокой точности примеры, он спокойно приводил такой пример, где точность практически оказывается ненужной, даже смешной.

В его присутствии никто не мог сделать ни одной ошибки.

С. А. Чаплыгин в своем кабинете.

Характерный случай произошел однажды в Московском математическом обществе на докладе Жуковского.

Жуковский, чтобы не тратить время на писание чисел и формул, имел обыкновение показывать на экране вместо доски заранее заготовленные стеклышки с формулами и вычислениями. Так было и на этот раз.

Когда на экране появился какой-то новый расчет, Чаплыгин заметил угрюмо:

— Николай Егорович, у вас коэффициент не тот!

— Как не тот? — всполошился Николай Егорович, подбегая к экрану. — Разве не тот… Да, действительно не тот, — согласился он, заметив ошибку. Забыв, что перед ним не доска, а экран, он послюнил пальцы и стал стирать световую формулу.

Чаплыгин являл собой по типу мышления тип чистого аналитика, в противоположность Жуковскому, который был чистым геометром. Математика для Чаплыгина была искусством построения для построения. Оставаясь полным хозяином в своей области, он не мешался в чужие. Делать практические выводы, производить опыты он предоставлял другим.

Жуковского нередко можно было увидеть в лаборатории, следящего с глубоким вниманием за каким-нибудь опытом. Чаплыгин, будучи студентом, пытался раз провести какой-то физический опыт, но сделал все так плохо, что потом уже никогда не брался экспериментировать.

Тут нет ничего порочащего гениального ученого. «Людям, нередко слабо владеющим математическим анализом, кажется он способным охватить всю сложность неизученного природного явления и думается, что после него дело и весь интерес опыта состоит только в опровержении или проверке теории. Лица же, владеющие анализом, редко имеют способность и склонность сочинить и выполнить опыт, могущий дать дельный ответ на вопрос, заданный природе», — говорит о людях, подобных Чаплыгину, Д. И. Менделеев.

Жуковский бесконечно любил живую природу. Чаплыгин был к ней равнодушен. Если он приезжал в дом отдыха, то целыми днями просиживал за шахматами и часто один, если не было партнера.

Жуковский знал название всех птиц, всех растений, которые попадались ему в деревне. Чаплыгин о реальной природе имел самые общие и весьма смутные представления. Он умственно жил в природе, им самим созданной, где все связи и отношения ему были ясны.

Подобно Чебышеву и Лобачевскому, Чаплыгин был более всего удивителен для окружающих тем, что совмещал в своей личности философа и хозяйственника, мыслителя и администратора. С равной глубиной и зоркостью он постигал и космическую организованность вселенной и организацию экспериментальных работ в аэродинамической лаборатории его имени.

Н. Е. Жуковский на охоте со своим племянником А. А. Микулиным.

Но если люди такого совмещения двух как будто несовместимых начал и встречаются редко в жизни, то совсем не потому, что эти начала противоречивы по своим основаниям. И там и тут в основании лежит установление функциональной зависимости в результате анализа. Но лишь Чаплыгин был способен оставаться совершенно равнодушным к конкретным величинам в процессе анализа, в установлении функциональной зависимости и связей.

Математик прежде всего выделяет общую форму изучаемых явлений, а затем производит логический анализ, тщательное и глубокое исследование этой формы. Скажем, исследуя движение планет, математик пренебрегает размерами небесных тел, заменяя их «материальными точками».

Выделив такую общую форму изучаемого явления, математик затем переходит к установлению функциональных связей между переменными величинами — например, связи между колебаниями массивной системы железнодорожного моста и весом движущегося по нему с некоторой скоростью поезда.

Вот в установлении всякого рода функциональных связей, так же как и Жуковский, Чаплыгин был величайшим мастером. Он умел устанавливать эти связи между любыми величинами с вдохновенным проникновением гения, кажется никогда не ошибаясь. Этот дар был настолько ему присущ, что он пользовался им с равным успехом и в науке и в деловой, практической жизни.

Подобно своему учителю, великим мастером он был и в истолковании полученных математическим путем результатов.

Принципиально область применения математического метода не ограничена: все формы движения материи могут изучаться математически. Для этого исследователь, однако, принужден строить схематическую, упрощенную «модель явления». Он дает лишь приблизительную картину действительного явления. Теоретическая аэродинамика, например, решая математическим методом свои задачи, исходит из модели «идеальной жидкости», или модели Эйлера. Жидкость предполагается в виде однородного, сплошного тела, она не имеет вязкости, и трения в ней не существует. В такой идеальной жидкости, конечно, движущееся тело не должно испытывать никакого сопротивления. На самом же деле в реальной жидкости, как и в воздухе, всякое тело при движении испытывает сопротивление. Таким образом, «модель явления», с которой оперирует аналитик, еще не является копией действительности и не все вопросы естествознания может решать только математика.

Но Чаплыгину казалось, что истинная природа могла быть описана только при помощи математического аппарата, математических построений. Если реальная природа очень близко подходила к природе, как ее понимал Чаплыгин, его открытия и заключения приобретали огромное значение.

Если реальная природа отступала в своем поведении от законов, устанавливаемых Чаплыгиным математически, он все же оставался в уверенности, что мир постигать может только математика.

Н. Е. Жуковский читает лекцию из курса «Теоретические основы воздухоплавания».

— Природа любит простоту, — говорил он. — Если у нее верно спрашиваешь, она ответит просто.

И если в результате его построения получалась громоздкая, сложная формула, он браковал работу и начинал ее заново.

Сергей Алексеевич мог «полностью понимать любое, выраженное в символической форме сложное соотношение или закон, как соотношение между абстрактными величинами». Когда он, переходя от одного математического соотношения к другому, писал, как обычно: «Отсюда ясно, что…», далее изощренные математики не всегда могли восстановить тот логический путь, который ему представлялся совершенно ясным, не требующим пояснений.

Чаплыгин сиживал на научных докладах, как бы дремля, с полузакрытыми глазами, но когда вы могли бы поклясться, что он давно уже потерял нить рассуждений докладчика, думая о чем-то другом, ученый вдруг приоткрывал глаза и говорил:

— Иван Николаевич, а почему у вас тут плюс?

— Как почему? — отвечал докладчик, готовый пуститься в длинные рассуждения чуть не сначала. — Изволите видеть, я взял…

— Да нет, вы проверьте, Иван Николаевич, — прерывал его Чаплыгин. — Тут не плюс!

И неизменно оказывалось, что математический ум Чаплыгина, контролировавший речь докладчика почти механически, замечал малейшую ошибку в сложнейшем выражении, для написания которого едва хватало большой доски аудитории.

Реальные конструкции, создаваемые практиками, неизменно восхищали и удивляли Чаплыгина.

— Удивляюсь, как это люди могут выдумывать такие вещи! — сказал он однажды, осматривая остроумный прибор, показывающий не только непосредственные данные испытаний в аэродинамической трубе, но и готовый коэффициент сопротивления.

Удивляясь искусству практиков механики, Чаплыгин в то же время почти каждой своей работой освещал темные и неясные стороны загадочных явлений, с которыми они сталкивались. Он не только совместно с Жуковским создавал циркуляционную теорию и вывел формулы для подъемной силы, но и указал многочисленные типы крыльев, для которых задача вычисления подъемной силы решается до конца.

В 1914 году Чаплыгин опубликовал «Теорию решетчатого крыла». В 1921 году он выступил с теорией разрезного крыла. В этой работе Чаплыгин показывает, в частности, что если мы имеем крыло в форме разрезанной на части дуги крыла, то подъемная сила крыла при раздвинутых перьях больше, чем при сдвинутых, а крыло еще и выигрывает в своей устойчивости.

Этой работой Чаплыгин положил начало исследованиям действия предкрылков, закрылков и щитков, имеющих сейчас в авиации огромное значение, так как благодаря им скоростной самолет может уменьшить посадочную скорость, увеличивая подъемную силу «раздвиганием перьев».

Дело в том, что с увеличением скорости полета самолета неизбежно увеличивается и его посадочная скорость. Посадка самолета, как известно, вообще самое трудное в полете дело. При большой скорости, особенно в боевых условиях, ни один современный истребитель не смог бы приземлиться без аварии, если бы у него не было щитков или закрылков.

Характеризуя значение работ С. А. Чаплыгина для мировой науки, надо иметь в виду, что все они публиковались в русской печати или докладывались в том или ином научном обществе и, во всяком случае, были известны специалистам.

В докладе на Третьем воздухоплавательном съезде в Москве в 1914 году, например, Чаплыгин дает формулу лобового сопротивления, исходя из рассмотрения движения «вихревых усов», сбегающих с крыльев самолета. Между тем эта теория получила название «индуктивной теории» Прандтля, опубликовавшего ее в 1918 году.

Работа Чаплыгина относится к гораздо более раннему времени. Идя в своих теоретических построениях на много лет впереди современников. Сергей Алексеевич не спешил с широкой публикацией своих работ, оставляя себе время для дальнейшего развития теории и углубления формулировок.

Академик Борис Николаевич Юрьев рассказывает, между прочим, такой характерный эпизод в связи с этим случаем.

Когда в Москве была получена книга с изложением индуктивной теории Прандтля, произведшей сильное впечатление на всех аэродинамиков, Борис Николаевич зашел к Чаплыгину и указал ему на работу немецкого ученого. Сергей Алексеевич выслушал гостя и спокойно заметил:

— Да это у меня уже давно сделано.

Сергей Алексеевич так же спокойно и неторопливо открыл нижние дверцы буфета, где на полках хранились рукописи, аккуратно завернутые в салфетки вместо папок, достал один сверток и вынул оттуда тетрадь.

— Вот она, эта самая теория, — сказал он, перелистывая рукопись. — Можете убедиться!

Юрьев посмотрел на тетрадь и затем, до конца своего визита, не мог оторвать взгляда от полок буфета: кто знает, какие еще откровения теоретической мысли хранились здесь так скромно и просто!

Впрочем, и знаменитая докторская диссертация Чаплыгина «О газовых струях», написанная в 1894 году, была по-настоящему оценена только в 1936 году. На Международной конференции по газовой динамике в Риме идеи русского ученого слушались, как новость. Они легли в основу дальнейшей разработки проблем скоростного полета.

Чаплыгин представляет в нашей науке аэродинамику теоретическую, Жуковский — аэродинамику экспериментальную в сочетании с теоретической.

Экспериментальная аэродинамика

В те годы, когда создавалась русская аэродинамическая школа во главе с Н. Е. Жуковским, вся теоретическая механика была не чем иным, как прикладным отделом математики. Жуковский один из первых показал, что в современной теоретической механике опираться лишь на математический метод невозможно, что для познания мира, с точки зрения механики, так же нужен научно поставленный эксперимент, как и во всех иных областях естествознания.

Дальнейшее развитие науки подтвердило правильность взгляда Жуковского, хотя в его время находилось очень мало ученых, державшихся того же мнения. Жуковскому принадлежит честь создания первых лабораторий по механике в Московском университете и Московском высшем техническом училище, лабораторий со сложной аппаратурой, с научно поставленными опытами и измерениями. Теперь такие лаборатории не редкость, они имеются во всех крупных центрах Европы и Америки, но родиной их является Россия.

Особенное значение приобрели лаборатории аэродинамические.

«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 Геттингене, Дама в Америке и ряд других.

Об этих исследованиях Жуковского по сопротивлению, в день двадцатой годовщины со дня смерти своего учителя, Сергей Алексеевич Чаплыгин 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».

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 его геометрическому складу ума с полной ясностью раскрывали тайны воздушной стихии.

Его огромный и чисто русский, ясный ум, со склонностью к широкому обобщению, угадывал с необычайной точностью законы, управляющие поведением этих моделей в воздухе. Подобно тому, как продолговатый кусочек картона, быть может, впервые подсказал ему мысль о присоединенных вихрях, каждая из исследованных им игрушек оставляла след в его уме, ведя затем к самым неожиданным открытиям и обобщениям.

Различные модели летательных аппаратов испытывались в кабинете прикладной механики Московского университета уже с 1889 года, и результаты этих исследований публиковались Жуковским в статьях, посвященных воздухоплаванию. В 1902 году здесь была построена и первая «галерея для искусственного потока воздуха», в которой студенты под руководством Николая Егоровича производили аэродинамические опыты. Через два года, при переходе в новое здание университета, в этой аэродинамической трубе скорость воздуха благодаря более мощным двигателям была доведена до 11 метров в секунду. В 1909 году кабинет обзавелся новой, большей трубой, где скорость потока доводилась до 35 метров в секунду.

Одновременно создавались разнообразные приборы для различных опытов. Многие из этих приборов проектировались самим Николаем Егоровичем, часть — студентами под его руководством. Модели изготовляли на токарном станке, который он специально приобрел для этой цели на свои средства.

Оборудование лаборатории, конечно, не могло удовлетворить такого экспериментатора, как Жуковский. Дело стояло из-за отсутствия средств. Поэтому, когда к Николаю Егоровичу обратился за организационной помощью богатый московский человек, 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, и 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 был оборудован хорошо, но хозяином здесь был все-таки человек купеческой складки, более радевший о славе своей лаборатории, нежели о науке, и 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, или, как коротко называли его студенты, МВТУ, пользовалось особенной славой. И мечтой многих гимназистов и реалистов было попасть именно сюда. МВТУ собирало со всей страны наиболее талантливое юношество, стремившееся к практической инженерной работе. Когда же с осени 1909 года здесь впервые в мире 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, в МВТУ устремилась вся та молодежь, сердце которой больше всего на свете лежало к авиации.

«На вступительную лекцию, в которой он описывал успехи авиации, сопровождая лекцию множеством диапозитивов, — рассказывает В. П. Ветчинкин, 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 нынешние деятели авиации примерно до 1930 года. 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.

Впервые лекции были записаны Ветчинкиным и изданы гектографическим путем.

«Эта книга, привезенная мной во Францию в дар Эйфелю и Джевецкому, находившемуся тогда в Париже, произвела на них потрясающее впечатление, — рассказывает Ветчинкин. — Ничего подобного ни по ясности изложения, ни по блестящему совмещению глубокой теории с экспериментом в заграничной литературе не было известно. У двух маститых ученых тотчас же возникла мысль о переводе курса Н. Е. на французский язык».

Жуковский разработал теоретические основы авиации и расчет самолетов в то время, когда строители первых самолетов твердили, что «самолет не машина, его рассчитать нельзя», когда среди широких кругов специалистов господствовало убеждение, доставшееся от дедов и прадедов, что никакие теоретические соображения неприложимы к механике столь непостоянной среды, как воздух, и что авиацию можно строить только на данных опыта и практики.

Директор авиационной школы в Лозанне Рикардо Броцци, например, писал, что «аэродинамика бесспорно есть наука вполне эмпирическая», то-есть основывающаяся на опыте, а не на теории. Он учил летчиков, что «все заслуживающие доверия законы являются и должны быть указаниями действительного опыта. Нет ничего более опасного, как применять математический аппарат с целью достичь построения этих законов».

Все это было высказано и напечатано в том самом 1916 году, когда на французском языке появилась работа Жуковского «Теоретические основы воздухоплавания», решительно опровергавшая утверждения директора авиационной школы.

Но Жуковский слишком широко шагал впереди своего времени, и за ним можно было едва поспевать, а никак не идти вровень.

Жуковский был великий ученый, но он вовсе не был «человеком не от мира сего», как это невольно представляется, когда речь заходит об ученом-теоретике, в особенности о математике. Жуковский был не только ученый, но и хозяйственник и организатор, а главное, он был, по меткому определению своих товарищей, «инженером высшего ранга», «сверхинженером».

Самое разнообразие тем, которых он касался на протяжении пятидесяти лет своей научной деятельности, объясняется его тесной связью с жизнью, с потребностями времени и запросами практики. С этими запросами к нему обращались учреждения, предприятия, товарищи, инженеры, ученики, техники всех отраслей промышленности. Конечно, прибегали к помощи «сверхинженера» в наитруднейших случаях. Но Жуковский как раз и любил больше всего на свете решать головоломные задачи, выдвигаемые практикой. Пусть над ними бесплодно бились специалисты, ища разрешения опытным путем, — он решал их путем теоретических построений, и с тем большим успехом, что владел завидным даром выделять важнейшие стороны вопроса и находить простейший метод решения.

«Математическая истина, — говорил Жуковский, — только тогда должна считаться вполне обработанной, когда она может быть объяснена каждому из публики, желающему ее усвоить. Я думаю, что если возможно приближение к этому идеалу, то только со стороны геометрического толкования или моделирования… Геометр всегда будет являться художником, создающим окончательный образ построенного здания!»

Излагая результаты своих работ для широкой публики, Жуковский часто обходился без формул даже там, где другой ученый непременно прибег бы к длиннейшим и сложнейшим вычислениям.

Заслуженное, неоспоримое право на звание сверхинженера Жуковский приобретает именно благодаря свойственному ему геометризму представлений. Всю свою жизнь он идет от живого созерцания через геометрическое представление к отвлеченному заключению и отсюда — к практическим выводам.

Искусство научного исследования не сводится к техническому приему, к технической установке, нужной для эксперимента. Тем более оно не сводится к тому, чтобы класть под стекло микроскопа все что попало, одно за другим, в надежде на случай, который приведет к открытию. Такой метод работы нас может трогать, он вызывает глубокое уважение к терпению, настойчивости и усидчивости изобретателя, но это совсем не научно-исследовательский метод.

Искусство научного исследования состоит из трех моментов: наблюдения, догадки и проверки.

Величие Жуковского как исследователя в том, что он в равной мере владел и способностью наблюдения, и искусством построения научной теории, и даром экспериментатора. Невозможно отыскать в природе более удачных объектов наблюдения, чем те, на которых останавливалось внимание Жуковского. Трудно быть смелее, оригинальнее и остроумнее Жуковского в теоретических построениях, часто шедших вразрез с общепринятым мнением. Вряд ли возможно и поставить опыт в более выгодные условия, чем это делал Жуковский.

Несомненно, что Жуковский обладал крупным поэтическим дарованием, но оно увлекало ученого за пределы живописной природы, видимой нами. Он проникал в тайны стихий, постигал законы, ими управляющие. Тут формулы и чертежи были только средством для выражения постигаемого. Тайны раскрывались геометру.

И он рассказывал, что решения многих крупнейших и красивейших в математическом смысле задач приходили к нему не за письменным столом в московском кабинете, а в глуши Владимирской губернии, на лугу, в поле, в лесу, под ясным голубым небом. Всю свою долгую жизнь неизменно каждое лето он приезжал сюда и здесь решал отвлеченнейшие задачи, вроде задачи о механической модели маятника Гесса, не удававшейся ему так долго в Москве. Тут он и решил ее в условиях, столь далеких от кабинетных, когда он, этот странный ученый и необыкновенный художник, позолоченный светом заходящего солнца, опершись на свое охотничье ружье, сидел на пеньке в холодеющем лесу, безмолвно созерцая мир; сквозь видимое непостоянство живых форм и красок Жуковский ясно видел их геометрическую закономерность.

Великий русский инженер, он не строил машин, но чутье конструкций у него было необычайное.

Школа Н. Е. Жуковского

Несомненно, что в Жуковском мы встречаем счастливое сочетание глубокого философского ума и искусства экспериментатора, сочетание ученого-теоретика и инженера-практика, мыслителя и организатора. Но при всем том, может быть, ему и не удалось бы создать такую блестящую и большую научную школу, если бы не его педагогический талант.

«При своем ясном, удивительном уме он умел иногда двумя-тремя словами, одним росчерком пера разрешить и внести такой свет в темные, казалось бы прямо безнадежные вопросы, что после его слова все становилось ясным и выпуклым, — говорит С. А. Чаплыгин. — Для всех тех, кто шли с ним и за ним, были ясны новые, пролагаемые им пути. Эта огромная сила особенно пленяла своей скромностью. Когда его близкие ученики, имевшие счастье личного с ним общения, беседовали с ним по поводу того или иного вопроса, он никогда не пытался воздействовать на них своим авторитетом, с полным интересом вникая во всякие суждения. Бывало, что начинающий на ученом поприще ученик обращался за советом, предполагая посвятить некоторую долю своего внимания задаче, которая его очень интересовала; иногда задача была слишком трудной и, может быть, даже недоступной. Николай Егорович никогда не позволял себе сказать, что задача неисполнима. Он говорил: „Я пробовал заниматься этим вопросом, но у меня ничего не вышло; попробуйте вы, может быть у вас выйдет!“ Он глубоко верил, что среди его учеников могут быть и такие, которые окажутся в силах решить вопросы, им не решенные. Эта вера в окружающих его учеников создала ему трогательный облик, который останется всегда незабываемым. Длинный ряд учеников Николая Егоровича живы и работают на ниве науки. Им основана не школа, а школы…»

Педагогическая деятельность Жуковского была составной частью его научных занятий, и, может быть, поэтому Николай Егорович не отделял своей работы от работы учеников и даже не видел существенной разницы между ними.

Он был не педагогом, а учителем, в полном смысле этого благородного слова.

Он испытывал глубочайшее удовлетворение, прививая своим ученикам любовь к науке, и находил способы делать сложнейшие вопросы теории доступными их пониманию. Он изобретал удивительные приборы и модели, чтобы дать геометрическое, наглядное толкование самым отвлеченным задачам.

Иногда он приносил в аудиторию клочок живой природы, вроде маленькой птички, которую он демонстрировал слушателям, чтобы они могли разобраться в условиях взлета. Птичка находилась в стеклянной банке и должна была наглядно показать, что, не имея площадки для разбега, подняться в воздух нельзя.

Николай Егорович снял с банки крышку и предоставил птичке выбираться наружу, показывая непреложность теории. Некоторое время птичка действительно не могла взлететь, в полном соответствии с привычным представлением теоретически изощренного ума. Но, не имея нужной для взлета площадки, птичка стала делать спирали по стенке банки и, ко всеобщему восхищению, взлетела под потолок.

Учитель рассмеялся вместе с учениками:

— Эксперимент дал неожиданный, но поучительный результат: площадку может заменить спираль, что нам не пришло в голову!

Жуковский, очевидно, понимал или чувствовал, каким грубым препятствием для движения творческой мысли является привычное мышление, как трудно даже изощренному уму прервать течение привычных представлений и дать место иным, неожиданным и новым. Оттого-то он и приникал постоянно к живой природе с ее поучительным непостоянством, с ее огромным запасом еще не раскрытых тайн, не обнаруженных возможностей.

Над зеленым лугом летали стрелы его арбалета с винтом, когда он занимался измерением и вычислением времени полета. По проселочным дорогам взад и вперед мелькал его велосипед с большими крыльями, когда он изучал сопротивление воздуха. Живая природа открывала тайны аэродинамики этому пророку авиации, предсказавшему «мертвую петлю» за двадцать лет до того, как ее совершил Нестеров. В ореховском саду под яблонями чертил на земле свои формулы ученый, когда ему врачи во время болезни запретили работать, а родные заставляли подолгу гулять.

В этом же саду ставил Жуковский большой эмалированный таз с пробитыми дырками и лил в него воду, исследуя формы вытекающей струи.

Тогда уже, исполненный вдохновенного проникновения, он, может быть, думал:

«Все дело тут в тех вихрях, которые срываются с краев отверстия: первоначально они имеют форму отверстия, а затем они стягиваются, деформируются и деформируют струю… Прибавляя к действию вихрей силу инерции движущихся частиц жидкости, можно получить все изменения струи. Вопрос этот вполне ясен…»

Тайны стихий прояснялись исследователю, когда он непосредственно их созерцал. И ореховский пруд, окрашенный мельчайшими водорослями, мечтал Жуковский обратить в лабораторный прибор для гидродинамических опытов над обтеканием.

Жуковский поставил объектом своего восприятия не внешнюю живописность природы, а внутреннюю сущность ее явлений. Он обладал даром широкого, смелого обобщения, как все русские ученые, обладал способностью видеть главное.

Орел видит дальше, но человеческий глаз видит больше, а гений находит главное. В причудливой струе, выбивающейся из отверстия эмалированного таза, гений угадывает бурную стихию Ниагары. Стрелы игрушечного арбалета с воздушным винтом предрекли Жуковскому «мертвую петлю» самолета. В картонной аэродинамической трубе Московского университета ученый испытывал свойства воздушных течении земной атмосферы, угадывал законы ураганов и капризы снежных заносов.

Огонь уже был похищен Прометеем. С не меньшим мужеством и великолепной уверенностью Жуковский посадил ветер, как пойманного кролика, в деревянную клетку аэродинамической трубы и заставил его обнаружить здесь до конца все свои повадки и хитрости. Жуковский воспроизвел стихию волн в цементированном гидроканале под железной крышей лаборатории, сфотографировал каждое их движение и увидел в кажущемся непостоянстве математическую закономерность.

Геометр и математик с глазами художника и слухом поэта, Жуковский проник в интимную природу стихий, как Пушкин — в сокровенную жизнь души человеческой. Стихи Николая Егоровича — а он их писал — были так же плохи, как хозяйственные расчеты Пушкина, но в научных своих сочинениях он был ясен, точен, прозрачен, как Пушкин в лирике.

Самый огромный ум нуждается для творческого движения мысли в помощи извне, хотя в большинстве случаев даже и не замечаемой. Эту помощь оказывали Жуковскому бумажный змей, фотографии корабельного винта…

Большую и постоянную помощь ему оказывала природа, как и многим другим великим ученым. Вот почему профессор механики в душе оставался до конца жизни сельским жителем, охотником и спортсменом.

Когда во время болезни, незадолго до смерти, находившаяся возле него сестра предложила ему что-нибудь почитать вслух, он, закрыв глаза, ответил:

— Нет, не надо. Я лучше подумаю о деревне. Хорошо там теперь! Рябина, наверно, не совсем еще осыпалась: то-то раздолье снегирям…

Он любил соревноваться с братьями, потом с племянниками в искусстве переплывать пруд, то держа в руках ружье, то ставя на голову подсвечник с горящей свечой. Неутомимый бродяга по полям и лесам, он чувствовал себя тут, как в просторной и светлой лаборатории.

Н. Е. Жуковский в своем кабинете.

На могиле русского математика М. В. Остроградского, заканчивая свою речь, посвященную творческой работе покойного, Николай Егорович говорил:

«При взгляде на это мирное место успокоения, на широкие поля, убегающие в бесконечную даль, невольно возникает мысль о влиянии природы на дух человека. В математике, милостивые государи, есть тоже своя красота, как в живописи и поэзии. Эта красота проявляется иногда в отчетливых, ярко очерченных идеях, где на виду всякая деталь умозаключений, а иногда поражает она нас в широких замыслах, скрывающих в себе кое-что недосказанное, но многообещающее. В творениях Остроградского нас привлекает общность анализа, основная мысль, столь же широкая, как широк простор его родных полей».

За письменный стол в своей московской квартире Николай Егорович садился только для того, чтобы с геометрической выразительностью и математической точностью сформулировать законы, управляющие неуловимыми движениями воды и воздуха. С помощью чертежей, формул и чисел он вводил людей, умеющих их читать, в огромную лабораторию живой природы.

О времени напоминал только бой стенных часов. Казалось, что они звонят ежеминутно, напоминая о прошедшем часе. Николай Егорович снимает их наконец со стены и освобождает механизм от пружины. Непривычное движение в кабинете тревожит девушку с длинными белокурыми косами и глазами, как у отца. Она тихо приоткрывает дверь и вопросительно смотрит на отца.

Николай Егорович вешает часы на место и с торжеством показывает дочери пружину:

— А ну, пусть-ка теперь позвонят!

Девушка улыбается и плотно притворяет за собой дверь.

Николай Егорович не сразу возвращается к работе. Несколько минут, а может быть, и час, — теперь ничто не тревожит его размышлений, — он сидит неподвижно в своем кресле. Наедине с собой он еще более величав и загадочен, чем на людях. Его бронзовое изваяние должен бы делать Микеланджело, ибо кто кроме может дать представление об этой суровой мужественности, проникнутой огромной внутренней напряженностью, страстной целеустремленностью?

Охота, купанье, многочасовые прогулки и неприхотливость в быту сохранили Николаю Егоровичу Жуковскому силу и статность до последних дней.

Высокий, тонкий, как у Тургенева, голос совсем не шел к его богатырской внешности, и как лектор Николай Егорович мог бы казаться в аудитории смешным, особенно когда мелким почерком писал на доске, скрывая к тому же, по рассеянности, своей мощной фигурой написанное. Но лекции великого учителя не были только чтением — это были часы творческого труда, и лектор покорял слушателей.

С большой бородой, глубокими глазами и странно изогнутыми бровями, как бывает при удивлении, Жуковский казался явлением необыкновенным, таким же таинственным, как причуды стихий, в загадки которых он проникал: это было олицетворение мысли, стихийное явление гения.

Резкий звонок прерывал тишину; еще несколько мгновений длилось очарование; затем, окруженный толпой студентов, Николай Егорович, как-то бочком, словно смущенный, делая свои маленькие шажки, выбирался из аудитории. Его засыпали вопросами, он отвечал на ходу, пока кто-нибудь не ставил перед ним задачу, обращавшую на себя его внимание.

Тогда Николай Егорович протягивал руку, останавливаясь у стены в коридоре или на лестнице. Ему быстро подавали карандаш. Николай Егорович на белой стене, над серой панелью, быстро делал примитивный чертеж, расставлял знаки и начинал писать уравнения, разъяснял решение. Совершенно не замечая, что перед ним стена, а не классная доска, он при благоговейном внимании слушателей доводил объяснение до конца, и случалось — так останавливался по пути не один раз.

Анекдотическая рассеянность Жуковского, о которой, может быть, составилось преувеличенное представление, внушала к нему уважение: источником ее была величайшая сосредоточенность. Профессор механики не смешил своих слушателей и тогда, когда, вернувшись из женской гимназии в Техническое училище, он вызывал отвечать «госпожу Македонскую». Никто не смеялся и тогда, когда, проговорив целый вечер с молодежью в собственной гостиной или кабинете, хозяин вдруг поднимался, ища свою шляпу, и начинал торопливо прощаться, бормоча:

— Однако я засиделся у вас, господа, пора домой!

Извозчики, постоянно дежурившие у подъезда двухэтажного домика в Мыльниковом переулке, совершенно серьезно говорили о своем седоке:

— Уж такой добрый барин, сказать нельзя! Подвезешь его, заплатит, потом уйдет, вернется со двора, еще раз заплатит. А иной раз, если не успеешь отъехать, увидит в окно, еще и с горничной вышлет. Добрейшей души человек!

Жуковский был мнителен и собственной рассеянности боялся пуще всего на свете. Эта боязнь огорчить кого-нибудь своей рассеянностью побуждала окружающих к предупредительности. И многие из его учеников помнят, как тщательно соблюдалась очередь специальных дежурных, на обязанности которых лежало провожать профессора до дому, не показывая при этом вида, что сзади его охраняют от уличных случайностей благоговейные его ученики.

Не надо судить по бережному отношению учеников, что этот богатырь нуждался в чужой помощи.

Человек огромной энергии и трудоспособности, прекрасного здоровья и поэтической жизнерадостности, Жуковский вовсе не нуждался в помощи и не напоминал собой ребенка. Но всю свою жизнь он не интересовался никакими вещами, кроме книг и приборов, поражая своих друзей и родных пренебрежением к материальной ценности своего труда.

«Он был лучшим соединением науки и техники, он был почти университетом», — говорит С. А. Чаплыгин.

«Николай Егорович обладал даром, которого мне не приходилось наблюдать ни в ком, кроме него, — говорит профессор Е. А. Болотов, — даром, почти таинственным, заражать всех тех, кто к нему приближался, той любовью к науке, которой он сам горел. Немыслимо было приблизиться к нему и не получить частички этого священного огня, не проникнуться стремлением к научной работе».

Этот дар вовлекать своих учеников в интересы теоретической науки и был главной организующей силой Жуковского.