Циолковский. Жизнь и технические идеи

Остановимся немного на том, какое собственно значение имеет «обтекаемая» форма. Многим непонятно, как может форма задней части движущегося тела влиять на величину воздушного сопротивления; казалось бы, здесь должна играть роль только передняя носовая часть тела, разрезающая воздух. Между тем именно задняя часть тела имеет при этом первенствующее значение (если только скорость не превышает известного предела — скорости звука в воздухе). Все дело в том, что струйки воздуха, обегающие поверхность тела, не должны, миновав наибольшую его ширину, отделяться от этой поверхности. В противном случае между телом и воздушным потоком остается область, которая заполняется вихрями. В завихренном пространстве давление воздуха обычно ниже, чем в спокойном потоке. Пространство с пониженным давлением как бы затягивает тело назад и тем увеличивает воздушное сопротивление. Надлежащим выбором формы для задней части тела можно предотвратить возникновение вихрей, а следовательно уменьшить помеху движению. Вот почему дирижаблям придается спереди закругленная, сзади же — плавно заостренная, «удобообтекаемая» форма.

Опыты над сопротивлением воздуха ученые вели первоначально так: тело, например, шар, пластинка, модель корпуса самолета или оболочки дирижабля, заставляли двигаться через воздух; с помощью довольно сложных приспособлений измеряли при этом величину сопротивления, оказываемого воздухом. Однако, вскоре отказались от этого способа, явно неудобного (очень затруднительно измерять силы на движущейся тележке), и вместо того, чтобы исследовать движение тела в спокойном воздухе, стали, наоборот, изучать действие потока воздуха, который набегает на покоящееся тело. Возникающие в обоих случаях силы совершенно одинаковы.

Таков закон относительного движения, установленный еще Галилеем: закон гласит, что существует лишь движение одного тела по отношению к другому телу, движение же абсолютное немыслимо.

В аэродинамике «обращение» осуществляется так, что испытуемое тело подвешивают в воздушном потоке, создаваемом сильным вентилятором. Этот поток тем же вентилятором прогоняется по так называемой аэродинамической трубе, внутри которой модель и подвешивается. Нередко в месте расположения модели часть трубы вырезается (для удобства выполнения опытов), но это не нарушает непрерывности воздушного потока.

В современных лабораториях такие «аэродинамические трубы» устраиваются огромных размеров. В нашем ЦАГИ имеется с 1925 г. труба диаметром 6 метров и длиною 50 метров с вентилятором мощностью 800 лош. сил, — одна из величайших в мире. С помощью такой установки можно испытывать («обдувать») не только модели или крупные детали, но и целые машины в натуре, например, автомобили. За рубежом сооружены в последние годы аэродинамические трубы еще больших размеров и мощности.

Первая аэродинамическая труба была у нас построена в 1902 г. проф. Жуковским при Московском университете. Циолковский же производил свои систематические исследования над сопротивлением воздуха раньше этого времени и, несмотря на крайне примитивную обстановку, достиг правильных результатов.

Исследовательские труды

Первые опыты Циолковский производил над телами, движущимися в закрытом помещении, потом стал пользоваться естественным ветром и, наконец, самостоятельно изобрел и соорудил аэродинамическую трубу; она имела квадратное отверстие 35x35 сантиметров и скорость воздушного потока 5 метров в секунду. Нельзя не отметить при этом, что скромный самодельный аппарат калужского учителя был первой аэродинамической трубой в России, а одна из существенных деталей, так называемая «спрямляющая решетка», выравнивающая и успокаивающая воздушный поток, должна быть признана первой во всем мире.

О работе с этой трубой, или, как ее называл Циолковский, «воздуходувкой», изобретатель сообщает следующее:

«Как воздуходувка, так и измерительные приборы были оригинальны и очень чувствительны, что позволило получить новые и интересные выводы. Впоследствии к таким же выводам пришли и другие экспериментаторы. Подробный труд с большим атласом чертежей, таблиц и описанием наиболее совершенных аппаратов до сих пор еще не издан».

Конечно, теоретические представления Циолковского не были похожи на современную нам аэродинамику с ее сложной теорией воздушных вихрей; учение это разработано было позднее, в последние годы XIX и в начале XX века, главным образом трудами проф. Н. Е. Жуковского и немецкого ученого проф. Прандтля. Циолковский придерживался более упрощенных представлений, которые, однако, для своего времени были несомненно передовыми. Экспериментаторский талант помог ему, несмотря на примитивную теорию, достичь практически важных положений.