ОРУЖИЕ

 В пьесе Ростана «Сирано де Бержерак» есть такая сцена: герою ее, поэту де Бержераку, надо во что бы то ни стало задержать знатного вельможу де Гиша. Он прыгает на улицу с балкона, хватает вельможу за плащ и уверяет, что только что свалился с Луны. «Я изобрел шесть средств подняться в мир планет». Заинтересованный де Гиш начинает слушать, и Сирано без остановки выпаливает ему все шесть: 1) натереться поутру росой и подняться в виде пара; 2) оседлать сундук, из которого выкачан воздух; 3) «...устроивши сперва кобылку на стальных пружинах, усесться на нее и, порохом взорвав, в миг очутиться в голубых равнинах»; 4) наполнив дымом воздушный шар; 5) стать на железный круг и подбрасывать над собою магнит, который будет этот круг притягивать; 6) выкупаться во время прилива и ждать, когда тебя притянет Луна.

 Нечто похожее на такой «метод» научной работы предложили недавно современные психологи. «Brainstorm» (мозговой шторм, штурм мозга) применяется тогда, когда в какой-нибудь области знания позарез нужны новые идеи, а нормальным путем их получить никак не удается.

 Делается это так.

 Приглашают, допустим, шестьдесят специалистов, причем не обязательно таких, которые занимаются именно этим вопросом. Главное, чтобы им была понятна суть проблемы. Но саму проблему заранее не объявляют, чтобы они не успели подумать над ней дома. Считается, что дома, в спокойной обстановке их мозг начнет действовать привычными приемами, пойдет по проторенным дорожкам и никакой новой идеи не возникнет. Другое дело, когда всех шестьдесят собрать вместе в одной комнате, объяснить им условие технической задачи и потребовать, чтобы решения предлагались тут же одно за другим. Пусть самые бредовые - главное, чтобы быстро и кратко. Каждому дается по одной минуте и ни секундой больше. Психологи уверяют, что в такой атмосфере спешки и напряжения мозг человека может открыть в себе новые и неожиданные возможности. Специалист вскакивает, отбарабанивает свое решение (за которое потом, может, будет краснеть), за ним другой, третий, и все это записывается на магнитофонную ленту. Потом все ответы прослушивают в спокойной обстановке, и не исключено, что из шестидесяти хотя бы один будет содержать в себе интересное зерно.

 Вы скажете: один из шестидесяти - как мало!

 Но ведь можно взглянуть на это и по другому: новая идея, полученная за один час!

 Способ, конечно, очень заманчивый. Однако пока что-то не слышно, чтобы он дал заметные результаты. Все великие научные идеи, известные до сих пор, зрели долго, иногда многие годы. Единственное, с чем нужно согласиться: новая идея всегда будет выглядеть на первый взгляд парадоксальной и невозможной

 Русские фамилии европейцу часто кажутся труднопроизносимыми. Но что поделаешь - вклад русских в науку к концу девятнадцатого века становится таким значительным, что приходится мириться с этой трудностью. Менделеев, Мехников, Павлов, Яблочков - эти имена все чаще мелькают на страницах научных журналов и энциклопедий, звучат на конференциях и съездах ученых всех стран. А в начале ХХ века к ним прибавляется еще одно имя - Жуковский. Начиная с 1906 года уже ни одна научная работа, так или иначе связанная с теорией воздухоплавания, не может обойтись без упоминания этого имени.

 Только очень наивные люди могут верить, будто Ньютон открыл закон всемирного тяготения, увидев падающее яблоко, а Менделеев создал периодическую систему, удачно разложив пасьянс из карточек с названиями химических элементов, а Флемингу стоило разглядеть под микроскопом действие плесени на микробов, как был готов пенициллин. То, что принято называть «мгновенным озарением», приходит к человеку лишь тогда, когда его память накопила огромный запас знаний, ум проделал тысячу попыток обнаружить внутреннюю связь между явлениями природы, а жажда познания достигает такого уровня, что ни одно, даже, казалось бы, самое пустячное, впечатление не отбрасывается без тщательного исследования. Тогда-то и приходит открытие, тогда счастливому мгновению есть что озарить.

 Так было и с Жуковским.

 Еще в 1890 году он заинтересовался одним любопытным свойством прямоугольного флюгера, известным в науке и до него.

 Это явление каждый из вас может наблюдать, проделав простой опыт. Вырежьте из плотной бумаги полоску размером с палочку для эскимо. Поднимите ее на высоту собственного роста и выпустите ее из пальцев, чуть крутанув в последний момент, так, чтобы она падала горизонтально. Полоска полетит вниз, не переставая вр ащаться. Причем полетит она не отвесно: какая-то загадочная сила непременно будет относить вращающуюся полоску в сторону.

 Для того чтобы скопировать в точности опыт Жуковского, потребовалось бы несколько больше времени. Но суть исследуемого им явления была та же: снос падающего и вращающегося вокруг своей длинной оси кусочка картона.

 Причем, направление сноса зависело от направления вращения: если пластинку закручивали вправо, ее относило влево, и наоборот. Что это значило? Это значило, что, кроме силы тяжести, на летящий кусочек картона действует еще какая-то сила. И направлена эта сила вбок, перпендикулярно потоку воздуха. В опыте воздух был неподвижен, падала сама пластинка, но мы уже говорили, что это неважно - движется предмет или воздух. Важно, чтобы была какая-то скорость обтекания. А если направить поток воздуха горизонтально и закрутить пластинку, насаженную на ось вращения, в нужном направлении, - что тогда? Тогда загадочная сила окажется направленной вверх? И может быть... Может быть, она окажется так велика, что сможет преодолеть даже силу тяжести пластины и поднять ее в воздух? А может, и не только пластины? Может, целый летательный аппарат сможет опереться на вращающиеся плоскости и взлететь?

 Идея кажется Жуковскому необычайно заманчивой. На первых порах он даже пытается создать модель летательного аппарата, поднимающегося силой вращающихся пластин. Модель в воздух не поднялась, но, поставленная на весы, показывала сильное уменьшение веса, когда пластины начинали вращаться в потоке воздуха.

 Начиная с 1900 года Жуковский все больше сил и времени отдает тем задачам, которые связаны с обтеканием твердых тел потоком воздуха. Но где взять этот поток для эксперимента? При свободном падении тел скорости слишком малы. Ветер, дующий на улице, капризен и непостоянен. Не укреплять же, действительно, экспериментальное оборудование на крыше несущегося вагона. Нет, нужен искусственный поток воздуха в стенах лаборатории, которым можно было бы управлять по своему желанию. И в 1902 году Жуковский сооружает первую в России аэродинамическую трубу.

Современная аэродинамическая труба

 Современные аэродинамические трубы достигают размеров трехэтажного дома. В них свободно может быть установлен большой пассажирский самолет. Но по принципу действия они мало чем отличаются от первой трубы Жуковского, умещавшейся в небольшом кабинете прикладной механики Московского университета. Она представляла из себя длинный короб прямоугольного сечения, имевший на одном конце мощный вентилятор, а на другом - раструб для всасывания воздуха. Посредине короба было сделано сбоку отверстие, через которое можно было вводить любой исследуемый предмет - шар, цилиндр, модель крыла, вращающуюся пластину. Вентилятор начинал работать, воздух засасывался через раструб, и поток его, имеющий равную и постоянную скорость по всему сечению короба, обтекал твердое тело так, как если бы оно неслось с такой же скоростью в неподвижном воздухе.

 Теперь работы пошли полным ходом.

 Идея как-то использовать подъемную силу вращающейся пластины не оставляет Жуковского. Он создает теоретическую формулу расчета этой силы - - она оказывается очень проста. Нужно только знать скорость обтекающего потока воздуха, его удельный вес и скорость вращения пластины. Имея аэродинамическую трубу, он может провести серию точных опытов. Вращающаяся пластина на специальной штанге вводится в поток воздуха. Снаружи конец штанги опирается на весы. Чем больше подъемная сила, действующая в трубе на пластину, тем дальше отклоняется стрелка весов. Жуковский проводит эксперименты для разных пластин, при разных скоростях потока, и выписывает величину подъемной силы в специальную таблицу. Рядом он записывает ту же величину, подсчитанную по теоретической формуле. Экспериментальная и теоретическая величины почти полностью совпадают! Формула получает блистательное подтверждение, но...

 Но существует еще и горизонтальная сила лобовое сопротивление пластины потоку воздуха. И, увы, эта сила, замеренная в процессе опытов, тоже весьма внушительна. Значит, летательный аппарат с вращающимися пластинами вместо крыльев (не путать с вертолетом - бескрылым аппаратом с несущим винтом) должен был бы иметь слишком мощный винт и мотор, чтобы преодолеть это сопротивление.

 А чем мощнее мотор, тем больше его вес.

 А чем больше вес, тем больше должна быть подъемная сила.

 А раз нужна большая подъемная сила, - значит, и пластины должны быть длиннее.

 А чем длиннее пластины, тем больше их лобовое сопротивление, а чем больше лобовое сопротивление, тем мощнее должен быть мотор, а чем мощнее мотор, тем больше его вес, - и так далее.

 Получался заколдованный круг, сказка про белого бычка.

 Идея практического использования подъемной силы вращающейся пластины явно заходила в тупик.

 Но ум великого ученого тем и отличается от обыкновенного ума, что богатство его идей неисчерпаемо. Опыт показывает несостоятельность выдвинутой теории? Значит, в чем-то она порочна, необходимо хотя бы на время отказаться от нее, заняться разработкой следующей.

 «Нужен, настоятелен и будет решать дело разумный и твердый опыт, - писал Дмитрий Иванович Менделеев, - а молодое и неопытное умственное построение пойдет на поводу в ту и в другую сторону, пока, приученное опытом к верной дороге, само не станет возить за собой или на себе всю сущность опытного знания».

 Для Жуковского очень важно было получить хорошую экспериментальную базу. Теперь у него есть не только лаборатория в университете, но целый Аэродинамический институт в Кучине. (Этот институт был построен на деньги его студента Рябушинского, который, получив большое наследство, пожертвовал сто тысяч рублей на научные исследования.) От опыта к опыту проблема очищается понемногу от всего случайного и побочного, предстает теперь перед умственным взором Николая Егоровича во всей своей однозначности: с одной стороны, есть вращающаяся пластина, поддающаяся теоретическому расчету, но не дающая возможности взлететь; с другой стороны, есть изогнутое неподвижное крыло, расчету не поддающееся, но уже позволяющее человеку держаться в воздухе наподобие парящей птицы. Как проложить между ними мост?

 Трудно сказать, в какой момент рождается в мозгу ученого гениальная мысль. Наверно, он не вскакивает при этом со стула, не хлопает себя по лбу, не испускает радостных криков. Вряд ли и сам Жуковский мог бы впоследствии с уверенностью сказать, когда это произошло. Ясно одно: идея, пришедшая ему в голову, была настолько парадоксальна, что заурядный ум сразу отбросил бы ее как очевидную нелепость. Ну действительно, как это можно уподобить неподвижное изогнутое крыло плоской вращающейся пластине? Что между ними общего? Какая может быть связь между характером обтекания одного и другого? Нужен был огромный опыт Жуковского-математика и Жуковского-экспериментатора, чтобы суметь вычленить в обоих явлениях весьма важное свойство, делавшее их подобными.

 Вихрь!

 И то, и другое тело, будучи введенным в поток, нарушает ровное течение воздушных струй, образует один или множество вихрей. Чем же отличаются эти вихри и чем они похожи между собой?

 Вот мы закручиваем плоскую картонную пластинку. Она вращается так быстро, что мелькание ее краев сливается в сплошной полупрозрачный цилиндр. Попробуем выточить из дерева настоящий цилиндр точно таких же размеров, как тот, который образует вращающаяся пластина, и введем и тот, и другой одновременно в поток воздуха в аэродинамической трубе. Что же покажут весы, измеряющие лобовое сопротивление? Сопротивление обоих тел одинаково. А весы, измеряющие подъемную силу? Подъемная сила вращающейся пластины, как и всегда, будет заметной, а у деревянного цилиндра - равной нулю.

 Теперь заменим столь похожий по форме на вращающуюся картонную пластину деревянный цилиндр совершенно не похожей на нее моделью изогнутого крыла. Оказывается, поворачивая модель крыла под разными углами, можно достичь равенства подъемных сил. Да-да - и вращающуюся пластину, и модель изогнутого крыла поток воздуха с одинаковой силой стремится поднять вверх, в то время как деревянный цилиндр он давил только в лоб и поднимать явно не собирался. Спрашивается: чего же не хватало деревянному цилиндру? Ответ мог быть только один - неравномерности обтекания сверху и снизу, циркуляции. Когда вращалась картонная пластина, верхний край ее двигался вместе с потоком воздуха, нижний - против, скорость вращения наверху добавлялась к скорости потока, внизу - вычиталась, возникала неравномерность скорости по профилю, циркуляция, а с нею и подъемная сила. Деревянный же цилиндр поток обтекал симметрично, скорость струек сверху и снизу была одинаковой, и подняться у него не было никаких шансов. А модель крыла? Внешне столь непохожая на прозрачный цилиндр вращающейся пластины, она была подобна ему в самом главном: она разделяла набегающий поток воздуха неравномерно, так что скорость струек вдоль верхней поверхности была значительно большей, чем вдоль нижней. Но, по закону Бернулли, давление потока будет больше там, где скорость меньше; давление снизу больше, чем сверху. Разница давлений снизу и сверху и давала подъемную силу.

 Теперь становилось совершенно ясно, что для любого твердого тела неравномерность обтекания, определяемая интенсивностью циркуляции струек воздуха вокруг него, была главным условием создания подъемной силы. Чем сильнее циркуляция, тем больше величина этой силы. Если же циркуляция станет равной нулю, подъемная сила тоже исчезнет.

 Следует новая серия опытов, исписываются новые страницы теоретических выкладок, и наконец в 1906 году Жуковский публикует результаты своих исследований в двух статьях: «О падении в воздухе легких продолговатых тел» (то есть о вращающихся пластинах) и «О присоединенных вихрях». Весь огромный труд, все опыты, расчеты и исследования свелись в конечном итоге к маленькой формуле: Р (подъемная сила) = J (циркуляция скорости) x y (удельный вес воздуха) x v (скорость потока). Р = Jyv.

 Но именно с этой формулы аэродинамика перестает быть просто разделом механики, а становится самостоятельной научной дисциплиной.