100 великих научных достижений России

Математик, механик, популяризатор науки, основатель научной школы, профессор Московского университета и Императорского технического училища (МВТУ), член-корреспондент Императорской и Российской АН, один из создателей Аэродинамического института, организатор и первый руководитель Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ), Николай Егорович Жуковский (1847–1921) прославился своими исследованиями по математике и механике твердого тела, прикладной и небесной механике, гидродинамике и гидравлике, теории упругости и теории горения… Знаменитым во всем мире ученый стал благодаря своим основополагающим трудам по аэродинамике и теории авиации.

В научном наследии Жуковского, насчитывающем 194 работы по самым разным направлениям – от сантехнического до астрономического, исследования по аэромеханике и теории авиации стоят особняком – и по важности, и по времени их создания. Николай Егорович занялся ими буквально «на пенсии», после 25 лет служебной деятельности, когда по тогдашним правилам должна была следовать отставка. Однако у Жуковского были такие огромные заслуги перед наукой и Отечеством, что ему высочайше разрешили 5 лет не оставлять службу с сохранением жалованья. Затем разрешение продлевали еще несколько раз. «Сантехнические» исследования упомянуты без всякой иронии. Дело в том, что они принесли Жуковскому широкую известность. Они же послужили и отправным пунктом его занятий вопросами авиации в опытно-теоретическом аспекте. Эта работа наглядно проиллюстрировала плодотворность инженерного подхода математика к самым насущным вопросам нашего бытия.

Памятник Н.Е. Жуковскому в Москве. Скульптор Г.В. Нерода

Занявшись нахождением причин многочисленных разрывов магистральных труб московского водопровода, Жуковский опытным путем выявил физическую сущность открытого им явления гидравлического удара (скачкообразного повышения давления при слишком быстром закрытии задвижки) и, составив уравнения, описывающие это явление, и решив их, предложил способ избежать ударной волны и предохранить водопровод от повреждений.

Работа «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах» (1899) была переведена на Западе и стала руководством всех коммунальных служб. Любой диспетчер мог, не дожидаясь выхода воды на мостовую, рассчитать время, необходимое для безопасного закрытия труб, и определить место разрыва. Жуковскому эти исследования позволили создать еще и теорию гидравлического тарана – водоподъемного устройства, в котором вода подается пульсацией давления, вызываемого периодическими гидравлическими ударами. Всего по гидромеханике и гидравлике ученый написал 46 работ.

Но перейдем к аэродинамике и к теории авиации. Эта область человеческого знания впервые и наиболее полно была описана именно Жуковским и его учениками, потому, заявляя о ней как о великом научном достижении России, мы неизбежно говорим о Жуковском как ее творце. Собственно, в работах русского механика были развиты все основные идеи, на которых строится современная авиационная наука, а все его научные достижения стали достижениями воздухоплавания вообще.

У Николая Егоровича началось все со статей «К теории летания» (1890) и «О парении птиц» (1891), в которых ученый впервые рассмотрел режимы планирующего полета (парения), в том числе и «мертвую петлю», осуществленную в 1913 г. летчиком П.Н. Нестеровым, а также заложил основание для исследований т. н. фугоидальных движений самолета.

Чтобы взлететь на аппарате «тяжелее воздуха», надо было определить подъемную силу крыла. Многочисленные эксперименты ученых не решали этой проблемы. Жуковский прежде установил физическую картину появления подъемной силы, а затем уже рассчитал ее. В работах «О присоединенных вихрях» (1906) и «Падение в воздухе легких продолговатых тел, вращающихся около своей продольной оси» (1906) ученый установил, что подъемная сила возникает в результате различия скоростей обтекания крыла потоком воздуха сверху крыла и снизу. Основываясь на этом, он доказал теорему, позволяющую вычислить величину подъемной силы по соответствующей формуле. Правильность теоремы была подтверждена экспериментами с вращающимися в потоке воздуха продолговатыми пластинками, поставленными тогда же в аэродинамической лаборатории. Теорема о подъемной силе крыла аэроплана и формула стали основой для всех аэродинамических расчетов самолетов.