Борис Воробьев - Циолковский

• Название: Циолковский
• Автор: Борис Воробьев
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1940

Изданная в серии ЖЗЛ, книга является несколько сокращенным изложением написанной автором в 1937-1939 годах научно-исследовательской работы о жизни, изобретательской и научной деятельности К. Э. Циолковского, великого ученого, исследователя в области воздухоплавания, сторонника и пропагандиста освоения космического пространства.

---

Я делал еще многие опыты с поверхностями других форм. Так, для шара и цилиндра, при скорости около одного метра, я получил коэфициенты 4,9 и 0,6. Для больших скоростей коэфициент сопротивления шара близок к 0,4».

Разумеется, сделать в таких условиях какие-либо точные выводы не представлялось возможным. Но уже одно то обстоятельство, что даже в первом грубом приближении получались данные, совпадавшие с его предположениями, окрылило Циолковского и заставило его мысль интенсивно работать над тем, как можно было бы с наименьшей затратой средств добиться точных данных, согласующихся с современной ему наукой.

Но скоро он подошел в своих размышлениях к единственно правильному решению вопроса — к созданию искусственного воздушного потока, скорость которого можно было бы регулировать. Вводя в этот поток тела различной формы, точным замером возникающего сопротивления этих тел потоку воздушной струи можно определять необходимые коэфициенты.

Факсимиле собственноручной схемы первой (1897) и второй (1900— 1901) аэродинамической трубы Циолковского.

До Циолковского к такому же решению пришел Хайрам Максим в Англии, построивший за три-четыре года до этого первую аэродинамическую трубу[62].

Однако для крупного капиталиста Максима не представляло особых трудностей найти и соответствующее здание, и необходимое оборудование, и обслуживающий персонал. Циолковскому же, располагавшему самыми скудными средствами и обремененному большой семьей, пришлось проявить огромнейшую изобретательность и неистощимую энергию, чтобы своими средствами проделать такую работу. О том, каким лишениям подвергалась в это время его семья, знали только его домашние. Достаточно сказать, что все они вынуждены были ютиться в одной из двух занимаемых ими комнатушек, ибо аэродинамическая труба, или «воздуходувка» (как ее называл Циолковский), с деталями и моделями занимала целую комнату.

Аэродинамическая труба, которую Циолковский, преодолев все трудности и лишения, все же построил впервые в России, в наши дни считается необходимым прибором при проектировании и строительстве воздушных судов. Она сыграла также огромную роль в развитии аэродинамики.

Сейчас имеются самые различные типы аэродинамических труб в соответствии с многообразием важнейших задач, которые ставятся ныне перед воздушными судами. Есть гигантские трубы, в рабочей части которых помещается уже не крошечная модель, а целый самолет в натуральную величину. Есть вертикальные трубы в виде высоких башен или шахт, в которых изучаются сложнейшие явления «штопора» и других важных моментов полета самолета. Есть и специальные трубы, в которых, например, изучаются явления, возникающие при сверхскоростных полетах, в которых достигаются скорости, превышающие скорость звука (1 330 метров в секунду) и т. д.

Циолковский с его блестящим даром научного предвидения отчетливо понимал, какие важные практические результаты принесет для человечества перевод этого дела на научные рельсы. Поэтому, желая посоветоваться с виднейшими учеными о наилучшей программе опытов и одновременно зафиксировать свое авторство, Циолковский обратился к президиуму Русского физико-химического общества, которое, как мы помним, благожелательно отнеслось к нему с самого начала его научной деятельности в 80-х годах.

Сохранились лишь отдельные места переписки по этому интересному вопросу. Из переписки видно, что общество откликнулось на письма изобретателя и создало специальную комиссию для рассмотрения проекта программы предложенных Циолковским работ по сопротивлению среды.

Имеется подлинное письмо Циолковского профессору А. Л. Гершуну, одному из виднейших деятелей общества в тот период.

Вот начало первой страницы этого письма от 5 октября 1897 года:

«1897 г. 5 октября. Калуга.

В С.-Петербург —

Университет,

Его Высокородию А. Л. Гершуну от К. Э. Циолковского

Из Калуги (Георгиевская, дом Сперанской).

Для передачи в Комиссию, рассматривающую проект моих опытов по сопротивлению.

Прежде всего прошу гг. многоуважаемых членов комиссии, дав свое мнение Обществу, не сообщать ничего и никому о моих работах и планах до окончания их и напечатания. (подчеркнуто автором. — Б. В.).

Все предлагаемые чертежи схематические и сделаны от руки, потому что не предназначены пока для печати».

Далее в тексте письма следует собственноручный эскиз как самой «воздуходувки», так и всего расположения приборов при опытах по сопротивлению воздуха. Факсимиле этого эскиза, ввиду его принципиальной важности, мы приводим.

После рисунка идет описание «воздуходувки»:

«НР — лопастная воздуходувка (род веялки). Подобный построенный мною прибор имеет высоту 150 сант., а ширину 40 сант. Воздушный поток, постепенно расширяясь и ослабляясь, выходит из Р, и в начале у устья имеет в высоту и в ширину около 40 сант. Р — означает ряд горизонтальных пластинок, назначенных для выправления потока, который внизу отверстия Р (без них) не совсем равномерен. В Н мы видим ось (стойки и подшипники ее не изображены) и охватывающий ее нажим (в роде нажима Прони). Нажим этот имеет рукоятку (черный кружок), за которую лопасти (Л) приводятся во вращение. Нажим снабжен двумя винтами с гайками. Завинчивая их более или менее сильно, получим ту или другую величину трения между железною осью и двумя деревянными брусками нажима. Вращая лопасти скорее и скорее, мы, наконец, достигнем момента, когда нажим будет скользить по оси и скорость воздушного потока сделается максимальной и постоянной. При всех опытах давление воздуха на формы будет определяться при этой наибольшей скорости, соответствующей величине нажатия и зависящей от нас. Скорость при каждом отдельном опыте определяется по давлению воздушного потока на пластину, согласно коэфициентам Кальете и Колардо (или Ланглея), зная барометрическое давление и температуру воздуха.

Модели (работы Циолковского), служившие при опытах по сопротивлению воздуха.

Фотография Циолковского (1910).

(Я) — есть прямоугольный жестяной ящик с водою, в которой плавает другой такой же ящик, но меньших размеров. К последнему, на 4-х столбиках (или другими способами), прикрепляется испытываемая форма, давление на которую мы хотим определить. На том же столике, на котором расположен ящик с водою, прикреплена отсечка, а на ней свободно качается маятник из длинной, тонкой железной проволоки. К проволоке привязана ниточка, за которую тянет плавающая форма, стремящаяся удалиться по направлению воздушного потока. От этого проволока уклоняется от вертикального положения более или менее сильно. Величина уклонения определяется, на опытах, тангенсом угла отклонения, при посредстве линейки, разделенной на миллиметры. Сила давления потока будет пропорциональна числу давлений, указываемых проволокой. Путем особого опыта заранее определяется, скольким миллиграммам соответствует уклонение на 1 мм. Таким образом, все уклонения и соответствующие давления воздушного потока можно выразить в миллиграммах...

Внутренний ящик снабжен двумя легкими рычагами, которые делают его движение почти строго параллельным направлению воздушного потока (чертеж 2). Во время опыта наружный ящик закрывается крышкой, в которой проделаны узкие щели для свободного движения столбиков, поддерживающих форму...

Формы я устраивал чрезвычайно легкие, из бумаги. Если нужно устроить форму в виде поверхности вращения, то я сначала тщательно вычерчивал кривую главного продольного сечения формы. По этой кривой (это мы делали в местном железнодорожном училище)... вытачивалась на токарном станке половина формы, до наибольшего поперечного сечения ее (чертеж 3).

Деревянную половинку я облеплял полосками мокрой бумаги и завертывал (забинтовывал) все крепко широкой тесьмой (пеленая, как ребенка). Дав хорошенько просохнуть бумаге, я снимал тесьму и снимал осторожно бумагу, которая принимала выпуклый вид элементов деревянной болванки. Тогда оставалось только склеить кусочки бумаги по самой форме. После снятия бумажной оболочки широкое ее отверстие снабжалось бумажным обручем (чертеж 3). Если форма была очень продолговата, то несколько таких обручей вклеивалось внутрь бумажной поверхности. Также приготовлялась и другая половина формы (иногда неравная первой). Обе половины слегка склеивались, и форма была готова».

Таких моделей Константин Эдуардович изготовил, судя по сохранившимся фотографиям того времени и по данным рукописей, около ста, причем самой различной формы (до нас не дошла ни одна).

Как видим из описания, «воздуходувка» Циолковского являлась настоящей открытой аэродинамической трубой. После Циолковского, в 1902 году, аналогичную трубу применяли в Америке братья Райт, которых не удовлетворила работа в этой области их соотечественника Ланглея [63]. Подобно Циолковскому, братья Райт нашли, что аэродинамическая труба дает единственно доступную им возможность точно и на строго научной основе проанализировать не поддававшееся другим методам явление (необъяснимое увеличение сопротивления наклонной к потоку пластинки при угле, равном 38—41°).