Работы Н. Е. Жуковского по вертолетам

Выше уже указывалось, что в царской России перед людьми, заинтересовавшимися авиацией и желавшими посвятить ей свои силы и знания, стояли трудно преодолимые препятствия: техническая отсталость страны, отсутствие поддержки со стороны военного ведомства, передававшего заказы за границу, отсутствие отечественных двигателей.

Творческая инициатива и энергия энтузиастов нашла выход на первых порах в создании целого ряда общественных авиационных организаций.

В 1904 г. по инициативе Н. Е. Жуковского была организована воздухоплавательная комиссия при Обществе любителей естествознания, а в 1909 г. было создано Московское общество воздухоплавания (MOB).

Николай Егорович Жуковский

В 1908 г. в Петербурге, Москве, Одессе появились первые аэроклубы. В это же время при крупнейших высших учебных заведениях страны в Петербурге, Москве, Киеве были созданы воздухоплавательные кружки.

Особенно энергичной и плодотворной была деятельность студенческого кружка при МВТУ, почетным председателем которого был Н. Е. Жуковский. В этом кружке начинали свой путь в авиации крупнейшие советские ученые: А. Н. Туполев, Б. Н. Юрьев, В. П. Ветчинкин, Г. X. Сабинин, Б. С. Стечкин и многие другие.

Н. Е. Жуковский принадлежал к числу ученых с очень широким диапазоном научных интересов. Среди большого количества его работ имеются труды по математике, астрономии, строительной механике, гидродинамике, авиации.

Во всех своих работах Н. Е. Жуковский не был отвлеченным теоретиком, исключительное значение он придавал экспериментальным исследованиям.

В 1904 г. под его научным руководством был создан аэродинамический институт в Кучино (под Москвой), в 1902 г. - аэродинамическая лаборатория при Московском университете, в 1910 г. - аэродинамическая лаборатория МВТУ. В этих лабораториях были построены аэродинамические трубы, приборы для испытания воздушных винтов, аппаратура для аэродинамических исследований.

Среди многих научных работ Н. Е. Жуковского по авиации целый ряд глубоких изысканий посвящен непосредственно проблеме вертолета и связанной с ней проблеме воздушного винта.

Выше уже упоминалась первая его работа в этой области «К теории летания», написанная им еще в 1890 г.

Следующая работа Н. Е. Жуковского «О полезном грузе, поднимаемом геликоптером», напечатанная в 1904 г., непосредственно относилась к проблеме вертолета. В этой работе Н. Е. Жуковский, рассматривая вопрос о грузоподъемности вертолета и критикуя выводы, сделанные французом Ренаром, приходит к заключению о целесообразности с этой точки зрения строить многовинтовые вертолеты.

Большое теоретическое и практическое значение как для всей аэродинамики, так и для теории воздушного винта имела работа Н. Е. Жуковского «О присоединенных вихрях», доложенная им в Московском математическом обществе 15 ноября 1905 г. и напечатанная в 1906 г. В ней было доказано, что причиной возникновения подъемной силы крыла является круговое (циркуляционное) движение вокруг его потока воздуха. Под влиянием этого движения воздушный поток на верхней поверхности крыла ускоряется сильнее, чем на нижней, что и создает разность давлений, определяющих подъемную силу.

Предложенная Н. Е. Жуковским формула известна под названием теоремы подъемной силы крыла, носит его имя и применяется во всем мире. В этой же работе было доказано, что некоторый фиктивный вихрь, помещенный в поток воздуха вместо крыла, будет обладать такой же подъемной силой, как и крыло. Этот вихрь, эквивалентный крылу по создаваемой им подъемной силе, Н. Е. Жуковский назвал присоединенным вихрем. Теорема Н. Е. Жуковского лежит в основе аэродинамического расчета крыльев самолета, самолетных винтов, несущих винтов вертолета и т. д.

Большой интерес представляла следующая работа Н. Е. Жуковского «Теория гребного винта с большим числом лопастей», вышедшая в свет в 1907 г.

Высказав в этой работе ряд новых идей, Н. Е. Жуковский сделал большой шаг вперед в теории винтов, хотя были здесь и некоторые положения, которые, как это выяснилось позднее, нуждались в уточнении. Выведенная им формула связи тяги винта с мощностью двигателя и радиусом винта нашла широкое применение при расчете вертолетов. Эту формулу обычно называют формулой Вельнера, хотя она была выведена Н. Е. Жуковским значительно раньше.

В своих теоретических работах Н. Е. Жуковский не ограничивался изучением и анализом работы вертолетного винта на режимах взлета и висения, что было характерно для других исследователей, он изучал и другие режимы, не менее важные для вертолета. К этим режимам относится режим косой обдувки, когда поток воздуха набегает на винт не по направлению его оси вращения, а под некоторым (порой весьма большим) углом.

Этому режиму работы несущего винта была посвящена специальная работа Н. Е. Жуковского «Опыт теоретического определения эффекта ветра, дующего в плоскости геликоптерного винта», напечатанная в 1909 г. В ней впервые было проанализировано влияние встречного потока воздуха на величину тяги несущего винта и потребляемой им мощности. Одновременно было показано, что при работе несущего винта на таком режиме помимо тяги возникают продольная и поперечная силы и, кроме того, продельный и поперечный опрокидывающие моменты, действующие на летящий вертолет.

Под руководством Н. Е. Жуковского в период 1904-1910 гг. в Кучинском аэродинамическом институте, а позднее в аэродинамической лаборатории МВТУ была проведена широкая программа экспериментальных исследований. Исследовалось влияние числа лопастей на работу винта, причем число лопастей варьировалось от одной до одиннадцати. Обстоятельно изучалась струя, создаваемая несущим винтом. Испытывались модели вертолетного винта в разных масштабах. Обширные испытания были проведены с несущим винтом на режиме косой обдувки. Как уже отмечалось выше, работы Н. Е. Жуковского по вертолетным винтам широко освещали разные стороны этой проблемы. Много внимания он уделял изучению работы несущего винта на режиме авторотации, что имело первостепенное значение для обеспечения безопасного спуска вертолета при отказе двигателя. Эти исследования, проведенные под руководством Н. Е. Жуковского студентом МВТУ Г. В. Сорокоумовским, показали, что несущий винт на режиме авторотации дает почти такой же эффект, как и парашют того же диаметра. Отсюда следовало непременное требование делать угол установки лопастей вертолетного винта изменяемым и управляемым.

Своими научными трудами Н. Е. Жуковский внес неоценимый вклад в русскую и мировую авиационную науку и в дело развития русской авиации. Столь же велика заслуга Н. Е. Жуковского и в подготовке авиационных кадров, в создании целой научной школы.

Повседневное внимание, благожелательная помощь, высоконаучное руководство - так работал со своими учениками Н. Е. Жуковский.

Следует отметить, в частности, большую помощь, которая была им оказана при разработке Г. X. Сабининым и Б. Н. Юрьевым новой теории воздушного винта, так называемой импульсной теории (1910 г.), сыгравшей большую роль при создании первых вертолетов.

Рассматривая научную деятельность Н. Е. Жуковского, невольно обращаешь внимание на большой интерес, проявляемый им к вопросам создания вертолета. Об этом, в частности, свидетельствует утверждение одного из его ближайших учеников Б. Н. Юрьева, который в своей последней, посмертно изданной работе пишет: «В этих работах видны колебания Николая Егоровича в те годы в вопросе, чему отдать преимущество: аэроплану или геликоптеру? Объем исследований по геликоптерам явно показывает на большое значение, придаваемое Николаем Егоровичем идее геликоптера».

Работа Н. Е. Жуковского «Вихревая теория гребного винта» представляла собой дальнейшее развитие его прежней работы «О присоединенных вихрях» и содержала теоретические основы для проектирования воздушных винтов.

Н. Е. Жуковским была создана стройная вихревая схема воздушного винта, представляющая собой систему присоединенных вихрей, вращающихся в ометаемой винтом плоскости, и систему свободных вихрей. Последняя система состоит из осевого вихря, называемого центральным вихревым шнуром, и из ряда вихрей, сбегающих в виде винтовых линий с внешних концов лопастей. Имевшаяся в то время фотография работы судового винта в бассейне с водой (работа О. Фламма) явилась подтверждением физической схемы, предложенной Н. Е. Жуковским.

Вихревая теория Н. Е. Жуковского на много лет опередила зарубежные исследования в этой области.