Крылья Родины

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, б'oльшим 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.