Чаплыгин

18 HIT НИЧЕГО ПРАКТИЧНЕЕ ХОРОШЕЙ ТЕОРИИ

В «Заметках о ветросиловых установках», опубликованных в XX томе Ленинского сборника, мы можем видеть, что В. И. Ленин уделял большое внимание и поднятому перед ним вопросу об использовании ветряных двигателей при осуществлении плана электрификации страны. Посылая на отзыв Г. М. Кржижановскому один из докладов по этому поводу, Владимир Ильич обращал особенное внимание на то место доклада, где говорилось, что, приложив к теоретическим исследованиям профессора Жуковского работу инженера-конструктора, «мы за десять лет можем получить в пять раз больше энергии, чем по проекту ГОЭЛРО, вне оазисов мощных станций».

По расчетам профессора В. П. Ветчинкина, над нами проносится технически уловимой ветряной энергии примерно в сто раз больше, чем это нужно для покрытия всех энергетических потребностей нашей страны, тогда как вся технически уловимая гидроэнергия не покроет и половины потребностей.

Причина этого заключается в том, что ветродвигатели, несмотря на свое тысячелетнее существование, до недавних нор в огромном большинстве пригодны были для выполнения лишь самых грубых работ — водоснабжения и помола муки, то есть таких работ, самый характер которых допускает приостановку работы двигателя в любой момент и любое число раз.

Задача получения от ветродвигателя энергии, годной в первую очередь для приведения в действие сельскохозяйственных машин или станков в мастерских и для электрического освещения, надлежащим образом была разрешена только в нашей стране в связи с развитием авиации, установлением основных законов аэродинамики и с накоплением конструкторского опыта в области использования воздушных течений.

Теоретическими исследованиями Жуковского для создания нового тина ветряных двигателей занимались в Кучине ученики Николая Егоровича — Григорий Харлампиевич Сабинин и Николай Валентинович Красовский.

Красовский окончил авиационные курсы при МВТУ, будучи еще студентом училища, и пошел на войну 1914 года военным летчиком. Он отличался выдержкой и хладнокровием в военной обстановке. После демобилизации началась его работа в ЦАГИ по ветряным двигателям. Получив для опытов небольшой ветрячок американской системы, Красовский установил его на башне Аэродинамического института в Кучине, предполагая нагрузить двигатель водяным насосом.

Однако американский ветрячок оказался негодным для этой цели. Красовский решил взять ветряк с зубчатой передачей Люберецкого завода. Для разработки метода нагрузки ветряка и метода измерений Николай Валентинович пригласил Сабинина.

Сабинин, получив диплом инженера-механика, защитив отличный проект электрификации города Красноярска, в 1914 году был мобилизован как прапорщик запаса и послан на фронт. Когда Сабинин возвратился, Жуковский ему предложил заведовать аэродинамической лабораторией в Кучине, входившей в состав ЦАГИ.

Для Сабинина, электрика по образованию, эта задача не представляла труда. Первые испытания были проведены зимой 1920/21 года. С этого времени и начались в Советском Союзе систематические исследования но ветряным двигателям, далеко опередившие все то, что было сделано в этом направлении за границей.

Подобно тому как художнику само течение жизни приносит материал его поэтических созданий, Сабинин начинал творчески действовать везде, куда вовлекала его новая жизнь, запросы практики, народного хозяйства, бытовые нужды или культурные потребности человека. Истинный рыцарь техники, он готов был сражаться во имя ее совершенства с любым врагом. Видя, что Красовский никак не может найти способ регулировать двигатель, а возрождавшееся в Советской стране сельское хозяйство требует совершенного ветродвигателя, он немедленно занялся ветряками.

При испытании ветряков в Кучине Сабинин обнаружил, что обычные анемометры — приборы для измерения скорости ветра — не годятся для этой цели. Тогда он начал изучать их и нашел, что действительная скорость ветра иная, чем показывают приборы. Создав теорию вращающихся анемометров, Сабинин указал, как измерять действительную скорость ветра. Эта теория была опубликована в первой книге научных трудов ЦАГИ, а через семь лет аналогичная работа появилась в Германии уже под фамилией О. Шренка с приложением диаграмм, кривые которых очень цохожи на кривые в диаграммах русского автора.

Красовский отличался большой энергией и инициативой. Начав свою работу, по предложению Жуковского, с проектирования шестилопастного ветряного колеса, рассчитанного по «вихревой теории», Красовский вскоре сделался энтузиастом использования энергии ветра, посвятив всю свою жизнь исключительно этому делу.

На основе теории Жуковского Красовский доказал преимущества быстроходных ветряных двигателей. Его работы определили основное направление деятельности в этой области. Одновременно Красовский изучил положение дела у нас с крестьянским ветряком. В результате появилась его статья статистического характера, показавшая, какое огромное значение имело использование энергии ветра в мукомольном деле. Неутомимо пропагандируя выгодность быстроходных ветряков, Красовский начал проектирование их, не видя, однако, хорошего решения регулирования.

В это время как раз Сабинин в своей теоретической работе предложил регулировать работу ветряного двигателя при помощи стабилизаторов, прикрепленных к свободно сидящим на махах лопастям. Красовский ухватился за идею Сабинина и со свойственной ему энергией начал проектировать быстроходный стабилизаторный ветряк с лопастями в 2,5 метра диаметром. Скоро этот опытный ветряк начали строить. Когда была готова первая лопасть, конструкторы поднялись на башню, чтобы на ветру посмотреть, как будет поворачиваться лопасть при разных «углах атаки» под влиянием стабилизатора.

Хотя проектировать размеры стабилизатора и его расстояние от лопасти пришлось наугад, лопасть послушно подчинялась стабилизатору. После этого успешного опыта ветряк был собран и поставлен на башне. Дождавшись умеренного ветра, решили пробовать. Красовский отпустил рычаг регулирования, стабилизаторы начали провертываться, лопасти плавно установились «на ход», ветряк начал медленно разворачиваться, увеличивая число оборотов, и стал работать с большой скоростью. Все шло отлично, и можно было поздравить друг друга с успехом.

Но когда Красовский нажал рычаг остановки, к удивлению конструкторов, ветряк не остановился.

Недоумевая, почему стабилизаторы не повертывают лопастей, конструкторы покинули башню и стали напряженно искать причину неудачи.

Прошло несколько дней. Как-то, возвращаясь из Москвы в Кучино, Сабинину пришла в голову мысль: а не центробежные ли силы действуют на лопасть? Достав пз портфеля бумагу, тут же в вагоне Сабинин прикинул формулы и цифры. Оказалось, что центробежные силы не уравновешены, что они значительно больше аэродинамических сил, действующих на стабилизатор.

Тут же пришла, однако, и мысль: на штанге, перпендикулярной к лопасти, поместить грузы, центробежные силы которых уравновешивали бы центробежные силы лопасти.

В тот же день лихорадочно возбужденный Красовский в кучинских мастерских заказал штанги и грузы. Рабочие назвали их «огурцами». Это название так и утвердилось за ними.

При испытании ветряка с грузами он послушно останавливался при нажиме рычага. И все испытания ветряка на кучинской башне прошли прекрасно.

В это время газеты сообщили, что осенью 1923 года в Москве откроется первая сельскохозяйственная выставка. Красовский решил поставить на выставке новый ветряк с динамо-машиной. Предложение Красовского было принято Коллегией ЦАГИ. Отдел ветряных двигателей ЦАГИ немедленно приступил к делу. Были подобраны люди для проектирования; во главе стал Красовский и в качестве его помощника — Сабинин. Нелегкой была задача за два месяца небольшому коллективу спроектировать и построить ветроэлектрическую станцию с диаметром лопастей ветряка в 6 метров на башне 25 метров высоты!

Ветряк ЦАГИ, получивший на выставке диплом первой степени, чрезвычайно заинтересовал начальника бакинских нефтяных промыслов. Он предложил построить опытный ветряк для промыслов мощностью до пятидесяти лошадиных сил.

Расчеты показали, что надо строить ветряк с крыльями в 14 метров. Это небывалое предприятие осуществляется уже без Сабинина, которому поручено было проектирование ветросиловой лаборатории ЦАГИ.

Осенью 1924 года началась сборка ветряка на нефтяной вышке в Баку. Руководил сборкой Красовский. Он сам вязал бревна для подъема наверх, первый лез туда, куда боялись лезть монтеры. Зараженные примером инженера, они скоро освоились с необычной для них работой на большой высоте.

Все это время, пока строился ветряк, Красовскому пришлось вести аскетический образ жизни. Не было подходящего помещения для жилья, обстановки. Конструктор спал на голых досках, подстелив под себя газету и покрывшись солдатской шинелью, с которой он не расставался. Рабочие бакинских промыслов долго помнили этого инженера в старой студенческой фуражке, в шипели, в крестьянских кожаных рукавицах, с мешком защитного цвета за спиной, в котором хранились папки с чертежами и расчетами.

В декабре 1924 года ветряк был собран, но еще без регулирующего устройства. Поэтому на ночь ветряное колесо закрепляли стальными канатами, чтобы ветряк «не ушел», если ночью поднимется ветер. Но вот однажды ночью разыгрался шторм необычайной силы; метель занесла железные дороги, движение поездов прекратилось. Ранним утром пешком, по пояс в снегу Николай Валентинович пробрался на промысел и увидел ужасную картину: под влиянием ураганного ветра и отсутствия регулирования ветряк оборвал восемь дюймовых стальных канатов и развил бешеную скорость, ветряное колесо не выдержало огромных центробежных сил и разлетелось на части, лопасти повисли на своих тягах.

Происшествие не лишило конструктора мужества. Наутро он принимается за работу, и через месяц коллектив восстановил ветряк и сдал его приемочной комиссии нефтепромыслов.

Самоустанавливающиеся ветряки ЦАГИ Чаплыгин назвал «настоящим промышленным двигателем» и заявил коллегии Кучинского института, заместителем председателя которой он был в то время:

— Я считаю чрезвычайно большой заслугой то, что мы разрешили основную задачу о привлечении на службу промышленности нового большого источника энергии, мало привлекавшегося до сих пор к работе! Русская школа механики всегда следовала давнему правилу — нет ничего практичнее хорошей теории, и усовершенствование наших ветряков на основе теорий Жуковского, Сабинина и других исследователей является новым доказательством справедливости этого правила!

Энергично поддерживая переход от классической механики к технической во всех своих выступлениях, во всей своей организационной и административной работе, Сергей Алексеевич сам оставался по-прежнему непревзойденным теоретиком.

Новыми достижениями Сергея Алексеевича в первые послереволюционные годы явились две его работы: «Схематическая теория разрезного крыла аэроплана», опубликованная в 1921 году, и «К общей теории крыла моноплана», изданная в 1922 году.

В «Схематической теории разрезного крыла» русский ученый первым указал на выгоду применения разрезного крыла и математически обосновал эту выгоду анализом обтекания разрезных профилей. Практически осуществили разрезные крылья иностранцы, следуя указанию Чаплыгина, данному еще в 1914 году в работе «Теория решетчатого крыла». В этой работе Чаплыгин указывал, что, «ставя перед собою задачу о решетке, он имел в виду хотя приблизительно решить вопрос о решетчатом крыле аэроплана, так как представляется довольно вероятным, что аэроплан с такого рода крыльями будет более устойчив при полете».

Эта работа Чаплыгина оказалась полезною для теории турбин, колеса которых представляют собой решетки, и других машин.

В новой работе по тому же вопросу Сергей Алексеевич приходит к общим формулам, позволяющим дать решение для разрезного крыла с произвольным числом перьев. В результате детального анализа полученных результатов автор заключает, что вырез делает крыло гораздо более устойчивым, но этот вырез должен быть в передней его части.

В то время нигде и никем не ставился еще вопрос об улучшении аэродинамических свойств крыла путем добавочных частей, получивших впоследствии название предкрылков, закрылков, щитков.

Таким образом, и эта работа Чаплыгина идет впереди своего времени и предвосхищает задачу механизации крыла, выдвигаемую скоростной авиацией.

Во второй работе — «К общей теории крыла моноплана» Чаплыгин делает некоторые общие предложения, годные для любого профиля.

Он детально изучает обтекание профилей, представляющих инверсию параболы и инверсию эллипса, и открывает две замечательные серии крыльев, называемых также крыльями Чаплыгина. Они отличаются от профилей Жуковского закругленной задней кромкой. Как показала экспериментальная проверка, профили такого типа имеют особые преимущества при больших скоростях полета.

Анализ, развитый Чаплыгиным в этом разделе работы, приводит его к заключению, что толстый профиль выгоднее тонкого как для подъемной силы, так и для большей устойчивости. К этому указанию он возвращается несколько раз. Авиационная техника пошла по этому пути, и все самолеты проектировались с толстыми крыльями.

Удивительная способность Чаплыгина выдвигать и разрешать теоретически те задачи, которые еще не были сформулированы авиационной техникой, отличает все его работы. Ни одна из них не пропала даром. Каждая оказывалась в свое время необходимой, и мимо каждой из них проходили инженеры и конструкторы при первом их появлении в печати.

Такова судьба почти всех откровений человеческого гения.

Именно потому, что исследования Чаплыгина опережали потребности мировой промышленности, мотивы научных изысканий Сергея Алексеевича остаются часто скрытыми от нас и даже специалистам-механикам представляются результатом глубочайших интуиции.

Оценивая деятельность Чаплыгина в ЦАГИ, один из преданнейших учеников Жуковского писал:

«Став во главе нашего института после смерти его основателя, Н. Е. Жуковского, Сергей Алексеевич, будучи сам глубоким теоретиком, уделил большое внимание созданию современной научно-экспериментальной базы.

Речь шла о строительстве невиданных дотоле масштабов, при отсутствии сколько-нибудь подходящих прототипов и при наличии в то время больших трудностей во всяком строительстве.

Взяв на себя руководство строительной комиссией и мобилизовав все имевшиеся в ЦАГИ силы, Сергей Алексеевич целиком отдался делу и с неиссякаемой энергией и исключительным вниманием ко всему, вплоть до мелочей, довел строительство до успешного завершения.

Под его руководством коллектив ЦАГИ, состоявший целиком из молодых инженеров (самому старшему было не более тридцати пяти лет), в короткий срок создал весьма полный комплекс лабораторий. Это строительство выдвинуло ЦАГИ в первый ряд научно-исследовательских учреждений Европы и Америки. ЦАГИ получил наиболее мощные в мире аэродинамические трубы, опытовый бассейн с исключительно высокой скоростью движения тележки, первоклассную лабораторию для испытания материалов, оборудованную новейшими приборами и аппаратами, моторную лабораторию…

Возможность для ЦАГИ решать задачу построения самолета во всей ее полноте, начиная с разработки аэродинамически совершенной схемы и кончая выпуском готовой машины, была обеспечена именно этим строительством, ведшимся под непосредственным руководством Сергея Алексеевича, строительством, в котором он проявил свой крупнейший организаторский талант…

Это был наш подлинный университет, и руководителю его мы должны принести нашу глубокую благодарность».

В этой справедливой и благодарной оценке ЦАГИ представлен учениками Жуковского как чисто авиационный научно-исследовательский институт. В процессе развития таким он действительно и стал, но Сергей Алексеевич в своей организационной деятельности последовательно осуществлял те широкие задачи, о которых он говорил, отстаивая проект ЦАГИ в Научно-техническом комитете и Госплане.