Константин Рыжов - 100 великих россиян

Николай Егорович Жуковский родился в январе 1847 г. в деревне Орехово Владимирской губернии. Отец его, инженер по образованию, в то время работал на строительстве Московско-Нижегородской дороги. (Позже он служил управляющим имениями богатых помещиков Зубовых и Оболенских.) В феврале 1858 г. родители отдали Жуковского в 4-ю московскую гимназию. Здесь началось его увлечение математикой. В 1864 г., закончив с серебряной медалью гимназию, он поступил на математическое отделение физико-математического факультета Московского университета.

Это было время, когда во всем мире шло бурное развитие гидромеханики. Жуковский живо заинтересовался этой наукой и стал мечтать о карьере инженера. В 1868 г., окончив университет, он сразу поступил в Петербургский институт инженеров путей сообщения. В те годы это было одно из лучших высших технических учебных заведений России.

Важнейшей дисциплиной здесь считалось черчение. Жуковский, несмотря на все старания, не совладал с этим предметом и в 1869 г., получив несколько неудовлетворительных оценок, должен был уйти из института. Инженером он так и не стал, а вместо этого в 1870 г. устроился учителем физики во 2-ю московскую женскую гимназию. Все свободное время он проводил за чтением трудов по теоретической механике, которая все более и более захватывала его.

В 1871 г. Жуковский сдал при Московском университете магистерские экзамены по прикладной математике. Осенью того же года его избрали преподавателем математики в Московском высшем техническом училище, а в сентябре 1874 г. он был утвержден доцентом кафедры аналитической механики.

С этого времени началась его долгая научно-педагогическая деятельность.

Творческий талант Жуковского, вообще говоря, проявился достаточно поздно. Его первая научная работа («Кинематика жидкого тела») была опубликована только в 1876 г., когда ученому было уже 29 лет. В том же году он защитил на эту тему магистратскую диссертацию. Степень доктора Жуковский получил в 1882 г., представив комиссии свою недавно опубликованную работу «О прочности движения». В 1886 г. он стал экстраординарным профессором Московского университета по кафедре механики, а с 1887 г. параллельно занимал должность штатного профессора по кафедре аналитической механики в Высшем техническом училище (МВТУ).

Теоретическая (аналитическая) механика — это наука о законах движения материальных тел. Она подразделяется на механику твердого тела, гидромеханику (механику жидкостей) и аэромеханику (механику газов). Жуковский оставил свой след во всех этих областях. Особенно значительным оказался его вклад в аэромеханику. Однако прежде, чем сосредоточиться на проблемах, связанных с полетом аппаратов тяжелее воздуха, Жуковский много и плодотворно занимался гидромеханикой. Кроме «Кинематики жидкого тела» выделяют еще две его работы, заметно обогатившие и продвинувшие эту науку:

«Движение твердого тела с полостями, наполненными жидкостью» (1885) и «Видоизменение метода Киргофа» (1890). Первая из них имеет большое значение при расчете движения любого тела, наполненного жидкостью (например, при расчете траектории полета современных жидкостных ракет), а вторая внесла важный вклад в такой сложнейший раздел гидромеханики как теория струй.

Жуковский никогда не был чистым теоретиком. Он не только писал сложные математические работы, но и очень живо интересовался насущными техническими проблемами. Им было разрешено также несколько сложных инженерных задач. В этой связи прежде всего следует отметить его исследования о гидравлическом ударе в водопроводных трубах. Проблема эта в свое время наделала много неприятностей инженерам-гидравликам, и удачное разрешение ее принесло Жуковскому громкую славу. Во второй половине 90-х гг. для снабжения Москвы водой был построен Рублевский водопровод. Но сразу после его пуска начались аварии магистральных труб. Причина прорывов оставалась непонятной. Инженерам пришлось обратиться за помощью к ученым. Внимательно изучив систему нового водопровода, Жуковский определил, что аварии вызываются неизвестным еще тогда в гидравлике явлением, которое было названо гидравлическим ударом. В 1898 г. он выпустил работу «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах», которая вскоре была переведена на основные европейские языки. Выведенные в ней формулы с тех пор неизменно используются при расчете любого водопровода.

Несмотря на огромный вклад Жуковского в гидромеханику имя его, как уже говорилось, связывают в первую очередь с аэродинамикой. И это не случайно. Можно сказать, что до Жуковского теоретической аэродинамики как самостоятельной науки вообще не существовало. К изучению движения тел в воздушной среде Жуковский приступил еще в 1889 г., когда устроил при своем кабинете прикладной механики в Московском университете небольшую аэродинамическую лабораторию. В 1902 г. он построил аэродинамическую трубу закрытого типа, в которой провел множество интересных экспериментов. В 1905 г. аэродинамическая труба диаметром 1,2 м со скоростью обдува до 30 м/с была построена и в Техническом училище. Проделав множество разнообразных опытов, Жуковский смог перейти к созданию общей аэродинамической теории. Потребность в ней очень остро ощущалась Тогда во всем мире. Первые летательные аппараты тяжелее воздуха, появившиеся в конце XIX века, строились инженерами и механиками, что называется, «на глазок», без всякой оглядки на теорию. О силах, оказывающих влияние на летательный аппарат, делали заключения не из уравнений и математических формул, а исключительно из опыта. Сплошь и рядом это приводило к ошибкам и авариям, ведь любой летательный аппарат тяжелее воздуха находится под воздействием сложного комплекса сил, каждая из которых должна быть обязательно учтена при его проектировании. Если рассматривать самый простой случай — равномерный прямолинейный полет аэроплана, — то на него будут действовать четыре основные силы: подъемная сила крыльев, сила лобового сопротивления воздуха, сила тяги воздушного винта и сила тяжести. В то время когда Жуковский заинтересовался проблемами авиации, из этих сил в достаточной мере изученной была только одна — сила тяжести. В отношении трех остальных, источником которых была воздушная среда, царил полнейший разнобой мнений. И именно Жуковскому Мировая наука обязана тем, что в первое десятилетие XX века авиаконструкторы получили в свое распоряжение точную и строгую аэродинамическую теорию.

В 1891 г. Жуковский выпустил первую работу по аэродинамике «О парении птиц», где был описан механизм парения с набором высоты. Затем в статье «О крылатых пропеллерах» (1898) он рассмотрел общие вопросы тяги винта. Но самые важные открытия были сделаны Жуковским в начале XX века. В 1906 г. появился его фундаментальный труд «О присоединенных вихрях». Здесь был объяснен принцип образования подъемной силы крыла, то есть той силы, которая удерживает аэроплан в воздухе. Только после этого у авиаконструкторов появилась возможность на строго научной, математической основе рассчитывать форму и профиль крыла. В этой же книге была выведена теорема, позволяющая определить величину этой силы (во всех странах она теперь называется теоремой Жуковского). В 1911 г. Жуковский нашел простой способ определения центра давления равнодействующей всех сил на крыло. Это позволило ему предложить наиболее выгодные формы профиля крыла. В 1910–1912 гг. Жуковский прочел в МВТУ курс лекций «Теоретические основы воздухоплавания». В 1911 г. на основе этих лекций он выпустил одноименный учебник — первый учебник по аэродинамике. Книга эта была переведена на основные иностранные языки и получила мировое признание. В 1912–1918 гг. Жуковский опубликовал четыре статьи под общим названием «Вихревая теория гребного винта», в которых подробно разобрал способы расчета подъемной силы винта данного профиля и лобовое сопротивление, испытываемое каждым элементом лопастей. После этого он смог рассчитать форму винта, обладающего наивысшей тягой. Все эти расчеты в дальнейшем использовались авиаконструкторами при проектировании пропеллеров. Таким образом, Жуковским были изучены все три основные аэродинамические силы, действующие на летательный аппарат, и заложены надежные основы аэродинамического расчета самолета. Свои выводы Жуковский обобщил в работах «Аэродинамический расчет аэропланов» (1917) и «Исследование устойчивости конструкции аэропланов» (1918).