Категория: Наука и техника

Отец русской авиации Николай Егорович Жуковский. 170 лет со дня рождения

Лет сто тому 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 иные домовладельцы уже собирались прикрыть водопровод и вернуться к старому способу: возить воду бочками и таскать ведрами из Москва-реки и дворовых колодцев.

После некоторых размышлений Управление городским хозяйством создало комиссию для изучения странного явления и разрешения загадки. В комиссию решено было ввести профессора механики Московского высшего технического училища Николая Егоровича Жуковского. В приглашении этом не было ничего удивительного. Когда водопровод проектировался и строился, к Жуковскому не раз обращались за советами, и всегда он отвечал на самые сложные вопросы очень точно.


 

Теперь для изучения причин бедствия, постигшего московский водопровод, Жуковский отправился на Алексеевскую водокачку. И скоро он сообщил комиссии, что одной из главных причин аварий магистральных труб является, по его мнению, развитие сильного ударного действия воды в трубах, когда их быстро открывают или закрывают. Все происходящее в теснинах чугунных труб Жуковский представлял себе совершенно ясно и, пожалуй, даже угадывал основные черты закона, управлявшего водной стихией. Однако чтобы выразить этот закон помощью формул и чисел, доступных пониманию всех, необходимо было тщательно обследовать опытным путем явление гидравлического удара. По указаниям Николая Егоровича на водокачке соорудили сеть водопроводных труб разных диаметров. Сеть заставляли paботать при самых разнообразных условиях. Электрические звонки, xpoнометры, пишущие аппараты сторожили каждый опыт, каждое движение воды, каждое колебание труб. Опытная сеть была построена с большим остроумием и поразительной предусмотрительностью. И вот оказалось, что действительно все явления гидравлического удара, как и предполагал Жуковский, объясняются возникновением и развитием в трубах ударной волны. Инженеры, строившие водопровод, не обратили внимания на то, что когда задвижка или кран быстро закрываются, то остановка движения воды сама волной передается в трубах.

Причины аварии установлены, исследователю оставалось предложить меры к их предотвращению. Простейшей было медленное закрывание и открывание кранов. Как только такие краны с приспособлением для медленного закрывания были введены, так тотчас и прекратились аварии, донимавшие московский водопровод.

Вы думаете, что этим дело и кончилось? Водопроводные аварии, медленно завинчивающиеся краны!.. Для Жуковского тут был не конец, а только начало. Отсюда начиналась истинная наука, а Жуковский был великий ученый. Он заглянул гораздо глубже в сущность стихии. И вот однажды, вернувшись из мира своих опытов и вычислений в практический мир, он принес с собой нечто, прямо похожее на колдовство. Он нашел способ определять место аварии, не выходя из водокачки и не дожидаясь, когда вода в месте разрушения трубы выступит на мостовой. Как же это возможно? А для этого нужно только создать искусственный гидравлический удар на водокачке и затем взглянуть на “ударную диаграмму” Жуковского – и место утечки воды определится точно.

Когда старых, опытных рабочих-водопроводчиков прислали впервые на спокойную улицу с сухой и чистой мостовой и сказали им: “Ройте, тут лопнула труба!” —они приняли это за блажь или за неуместную шутку. Сняв верхний покров мостовой, люди недоуменно приступили к работе и, посмеиваясь, 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 совершенно правильно.

Так была решена профессором Жуковским задача о величине гидравлического удара и о скорости его волны. То было первое полное и точное решение этой задачи в науке. Когда Жуковский делал 26 сентября 1897 пода доклад об этом решении в Политехническом обществе, деловой вечер обратился в триумф теоретической науки и ее блестящего представителя. Слушателям было ясно, что они присутствовали на докладе мирового значения. И действительно, работа Жуковского “О гидравлическом ударе в водопроводных трубах”, переведенная почти на все языки, стали теоретической основой для совершенствования всех гидравлических машин. Гидротехники получили возможность производить точные расчеты не в одном водопроводном деле. Прежде всего были созданы правильные конструкции гидравлических таранов (водоподъемных машин), работавших до того очень плохо, так как наука не имела оснований для соответствующих расчетов. Теперь гидравлический таран, остроумнейшее изобретение человека, как бы начал жить заново.

За долгую свою жизнь Жуковский решил несколько сотен задач, подобных той, о которой мы только что рассказали. Все они были из числа труднейших. Все они касались вопросов, которые ставили перед наукой и техникой практические работники самых разнообразных областей жизни. Так Жуковский занимался и вопросом о прочности велосипедного колеса, и вопросом о наивыгоднейшем угле наклона крыла самолета, и вопросом о рациональной форме корабля. С исчерпывающей полнотой и даже с показом механических: моделей ответил он и на вопрос, почему кошки при падении всегда падают на лапы, и на вопрос о коэффициенте полезного действия человеческого организма, и на вопрос, почему из фабричных труб дым выходит клубами, и на тысячу других вопросов, больших и маленьких. Он делал доклады и о парении птиц, и о движении вихрей, и о сопротивлении воздуха при больших скоростях, и о движении вагонов по рельсам, и о снежных заносах, и о ветряных мельницах, и о качке кораблей.

Но самым главным среди всего, что сделал Жуковский, были его исследования об авиации. Он разработал теоретические основы авиации и способы расчета самолетов — и это в те времена, когда строители первых самолетов твердили, что “самолет не машина, его рассчитать нельзя”, и больше всего надеялись на опыт, практику и свою интуицию! Директор аэронавтической школы в Лозанне Рикардо Броцци, например, писал: “Аэродинамика, бесспорно, есть наука вполне эмпирическая. Все заслуживающие доверия законы являются и должны быть указаниями действительного опыта. Нет ничего более опасного, как применять здесь математический аппарат!”

Жуковский Н.Е. Портрет 1869 г.

Эти наивные строчки были: напечатаны в труде Броцци в том самом 1916 году, когда на французском языке появилась работа Жуковского “Теоретические основы воздухоплавания”, решительно опровергающая утверждения директора аэронавтической школы. Но Жуковский слишком широко шагал впереди своего времени.

Брошенный клочок бумаги падает, козыряя, и ложится соврем не там и не так, как можно было бы ожидать. Орел и ястреб парят в воздухе, не двигая крыльями, но не падают. Все явления, происходящие под влиянием сил, возникающих при движении тела в воздухе, долгое время оставались непонятными и необъяснимыми. В тайну законов, управляющих ими, казалось невозможным проникнуть. То же можно сказать и о явлениях, связанных с движением жидкостей, вызванным воздействием каких-нибудь сил.

До недавнего времени точных 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 безумных и наивных попыток, человек не поднялся о воздух, как птица, но сделал это тогда, когда удалось разрешить основные вопросы аэродинамики. В разрешении водных и воздушных загадок Жуковскому принадлежит одно из первых мест в науке, наряду с Бернулли, Гельмгольцем, Эйлером, Кирхгофом и Томсоном. Этот человек словно похищал у стихий природы одну тайну за другой и ставил их на службу человечеству.

Жуковский Н.Е. в годы учебы в университете. Портрет 1869 г.

Потому-то так подробно и рассказана история решения задачи о гидравлическом ударе, что она вполне определяет особый, неповторимый характер научных работ Жуковского. Все они были именно научным разрешением вопросов, выдвигаемых практикой, но суть у Жуковского оказывалась каждый раз в том, что творческие заключения его, вызванные частным случаем, можно была широко применять и в ряде других случаев. Его открытия не скользили только по поверхности явлений, но вскрывали глубокие, основные законы, управляющие ими.

Ученики, инженеры и техники всех, специальностей называли Жуковского “сверхинженером”: его помощи просили в наитруднейших случаях. А сверхинженер Жуковский, в свою очередь, страстно любил решать головоломные задачи, выдвигаемые практикой. Пусть над ними бесплодно бились специалисты, ища разрешения опытным путем, — сверхинженер решал по-своему — теоретически — и с тем большим успехом, что владел завидным даром выделять важнейшие стороны вопроса и находишь простейший метод решения. Явление, к которому он подходил как исследователь, он представлял в точных, почти осязаемых; геометрических образах и формах. Часто он вычерчивал на бумаге эти геометрические формы, чтобы придать им отчетливость и наглядность. “Математическая истина”, — говорил он, — “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”.

Аттестат Жуковского Н.Е. об окончании физико-математического факультета

Когда он брался за популярное изложение своих работ, он обходился без формул и все же умел сделать свою мысль совершенно ясной.

Всю свою жизнь Жуковский шел в своем творчестве от живого созерцания, через геометрическое представление к отвлеченному мышлению и отсюда к практическим результатам. Он несомненно обладал крупным поэтическим дарованием, талантом мышления в образах. Но мышление это было особого рода. Оно не задерживалось на внешней живописности вещей, — оно стремилось открыть основное в их формах, искало общих законов, ими управляющих, и власти над вещами.

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. 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 впервые совершил Нестеров, и за десять лет до появления первого аэроплана братьев Райт. 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.

Но творческая биография профессора Жуковского начинается не с маятника Гесса и не с аварий водопроводных труб. Она начинается гораздо раньше.

Усадьба Орехово

Николай Егорович Жуковский родился 17 января 1847 года в селе Орехово вблизи Владимира в семье военного инженера. Воспитанием детей в семье занималась мать, женщина властная и хорошо образованная. Она учила детей грамоте, музыке, рисованию и правилам хорошего тона. Николай с ранних лет учился с интересом и легко. Мальчик был не только вымуштрован, не только отлично умел войти и выйти, поклониться и ответить как надо, — нет, живой ум его, преисполненный любопытства, рвался к знанию и опыту, к проникновению в жизнь природы. К моменту поступления в гимназию он много читал, знал французский и немецкий языки. Влияние отца на общее воспитание ребенка сказалось в выработке в нем инженерного направления ума, технической интуиции и любви к природе.

В 1858 – 64 гг. Жуковский учился в московской гимназии, где очень быстро проявились его математические способности. Математику в этой гимназии преподавали авторы самых распространенных в России учебников — Малинин и Буренин. В первых трех классах у Малинина Жуковский учился плохо, он не любил цифр и расчетов в их голом, отвлеченном виде. Но у Буренина, преподававшего геометрию, он вдруг оказался лучшим учеником. Очевидно, по самому складу своего ума ребенок мог отчетливее всего видеть мир и понимать отношения в нем геометрически, когда понимание было предельно ясным, зримым. Правда, Анна Николаевна, мать Жуковского, осталась в убеждении, что неожиданными успехами сын ее обязан благословению митрополита Филарета, за которым привела своего мальчика.

Окончив гимназию, он мечтал о профессии инженера-путейца и хотел учиться как и его отец в Петербургском институте инженеров путей сообщения. Однако материальное положение семьи не позволило осуществить это желание, и Жуковский был вынужден поступить на физико-математическое отделение Московского университета. Интересно сегодня читать письмо мальчика Жуковского, написанное матери еще в гимназии: “Милая мамаша! Ужасно опечалило меня письмо Ваше, в котором Вы пишите, что не будете в силах отдать меня в Петербург, в инженерный корпус, потому что идти университет, да еще на математический факультет, я не вижу никакой дороги. А время уже подумать, и серьезно, о самом себе, – я уже не ребенок… Оканчивая университет, нет другой цели, как сделаться великим человеком, а это так трудно: кандидатов на имя великого так много…” Как он был скромен и не склонен преувеличивать свои способности!

В университете читали лекции Давидов, Слудский, Цингер — известные ученые, и юноша примирился со своей судьбой, тем более что уже с первого года пребывания в университете Жуковский участвовал вместе со своими учителями в занятиях математического кружка, из которого потом выросло Московское математическое общество.

Окончив университет, Н. Е. Жуковский решил осуществить свою давнюю мечту. Он уезжает в Петербург и поступает в Институт инженеров путей сообщения. Однако житейские трудности и неудовлетворенность характером обучения в этом институте привели к тому, что уже через год, провалившись на экзамене по геодезии, Жуковский оставил это учебное заведение. Врачи констатировали крайнее переутомление и запретили ему всякий умственный труд. Следуя предписаниям врачей, Жуковский в 1869 г. уезжает домой в Орехово, где спокойно и тщательно обдумав свое положение, решает стать ученым-исследователем и готовится к магистерским экзаменам. С этого момента начался путь Н. Е. Жуковского в науке – механике, где он достиг величайших высот, став одним из самых известных в мире русских ученых. В 1876 г. Жуковский защитил магистерскую и в 1882 году докторскую диссертации.

Советом высшего технического училища (МВТУ) он был избран профессором по кафедре механики и начал преподавать математику. В 1887 г. возглавил здесь кафедру механики, вся дальнейшая жизнь Николая Егоровича связана с этим учебным заведением. Здесь он, будучи, талантливым педагогом, воспитал целую плеяду учеников, принесших нашей науке массу блестящих результатов. Здесь же им были созданы исследовательские лаборатории для решения задач аэромеханики, ставшие прообразом крупнейших в нашей стране научно-исследовательских институтов. В 1888 году Жуковский занял кафедру прикладной механики в университете. Он становится деятельнейшим членом всех научных обществ в Москве, где он уже устроился на жительство.

Педагогическая деятельность Жуковского совсем не была похожа на выполнение обязанностей, дававших материальную возможность заниматься научными исследованиями. Нет, то была составная часть научных занятий. И недаром в самой своей исследовательской работе Николай Егорович никогда не отделял своей части от части своих учеников и даже не видел существенной разницы между ними.

“Я занимался этим вопросом, — говорил он молодым ученым, спрашивавшим его мнения о той или иной задаче, — “но у меня ничего не вышло. Попробуйте вы, может быть, у вас выйдет!” Он испытывал глубочайшее удовлетворение, прививая своим слушателям любовь к науке. Он изобретал удивительные модели и приборы, чтобы дать наглядное представление о самых отвлеченных задачах. Иногда он приносил в аудиторию клочок живой природы, вроде маленькой птички, которую демонстрировал студентам университета, чтобы они могли разобраться в условиях взлета.

Николай Егорович Жуковский с дочерью Еленой

Основой научного метода Н. Е. Жуковского при решении задач прикладной механики всегда был опыт – или наблюдение явления природы, или специально поставленный эксперимент. Только после того, как явление в своих основных чертах было понято Жуковским, он формулировал его математическое описание и всегда доводил результаты расчетов до практических выводов – формул, законов, свойств конструкций и т.д.

Но основной заслугой Н. Е. Жуковского перед мировой наукой, прославившей его имя, была разработка вопросов аэромеханики, создание теоретических основ расчета элементов самолета и его конструкции в целом, создание первых аэродинамических труб и разработки основ экспериментальной механики, создание в России системы подготовки летчиков и, наконец, создание аэродинамических лабораторий и институтов, обеспечивающих нашей стране лидирующее положение в мире в области самолетостроения.

Вопросы воздухоплавания стали интересовать Жуковского еще в 90-х годах XIX века, когда еще ни один самолет не поднимался в воздух. В 1902 году он построил в Московском университете первую в Европе аэродинамическую трубу и целиком переключился на исследования по аэродинамике. В 1904 году Жуковский сформулировал свою знаменитую теорему о подъемной силе крыла, ставшую основной теоремой аэродинамики. В В1905 году он прочитал доклад о “присоединенных вихрях”. Модель присоединенных вихрей до сих пор является основой аэродинамического расчета крыльев конечного размаха и винтов (самолетов и судов). В 1904 году под руководством Жуковского в пос. Кучино под Москвой был создан первый в Европе аэродинамический институт. В 1914-18 г.г. в МВТУ Жуковский организовал кружок по расчету самолетов, испытательное бюро для оценки узлов строящихся в России самолетов и авиационные курсы для подготовки инженеров-конструкторов самолетов. В 1918 г. эти курсы были преобразованы в Московский институт инженеров воздушного флота (ныне Военно-воздушная инженерная академия им. Н. Е. Жуковского). Наконец, по инициативе Н. Е. Жуковского в 1918 г. был создан ныне всемирно известный Центральный институт аэро- и гидродинамики (ЦАГИ).

Николай Егорович Жуковский скончался 17 марта 1921 г. и похоронен на Донском кладбище в Москве. Его выдающийся ученик академик С.А. Чаплыгин на могиле учителя сказал: “Он своей светлой могучей личностью объединял в себе и высшие математические знания и инженерные науки. Он был лучшим соединением науки и техники, он был почти университетом. 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. Вот чем объясняется то огромное по богатству наследие, которое нам от него переходит. При своем ясном, удивительно прозрачном уме, он умел иногда двумя-тремя словами, одним почерком пера разрешить и внести такой свет в темные, казалось бы, прямо безнадежные вопросы, что после его слова все становилось выпуклым и ясным…. Им создана не школа, а школы”.

До сего времени, вряд ли найдется у нас хоть одна конструкция, в создании которой не принял бы участия творческий гений Жуковского: он оставил после себя не только учеников, научную школу, но и труды, без которых не обходится ни один конструктор.

nplit.ru/books/item/f00/s00/z0000044/st013.shtml

17.01.2017 в 06:41
Обсудить у себя 2
Комментарии (0)
Чтобы комментировать надо зарегистрироваться или если вы уже регистрировались войти в свой аккаунт.

Войти через социальные сети: