...Подъемная сила крыла. Научная проблема, приобретшая необычайную актуальность именно тогда, в начале нашего века, но истоки ее теряются в туманной дали иных времен. Представим себе невозможное: что-то вроде научной конференции или модного нынче «круглого стола» с участием ученых-естествоиспытателей, пытавшихся понять и объяснить природу подъемной силы — той самой силы, без которой невозможен полет тела тяжелее воздуха, например птицы.
Первое слово дадим Леонардо да Винчи (1452—1519), великому итальянцу, внесшему немалый вклад в развитие механики. Вероятно, он сказал бы следующее:
— Я давно стремлюсь разрешить загадку полета птиц. Предполагаю, что птицу поддерживают быстрые удары крыльев. Под их действием воздух уплотняется. Таким образом, все дело в сжимаемости воздуха.
Исаак Ньютон (1643—1727) высказался бы, несомненно, в духе той механики, основы которой заложил именно он и он же сформулировал ее главные законы:
— Воздух состоит из несвязанных между собой частичек. Перемещаясь в потоке, набегающем на какое-либо препятствие, частички ударяются о него и тем самым отдают ему свое количество движения.
Леонард Эйлер, академик Петербургской академии наук, автор свыше восьмисот работ по самым различным отраслям знаний — от математического анализа до теории музыки, хорошо знавший труды Ньютона и опиравшийся на них в своих исследованиях по механике, думал, однако, иначе.
— Я полагаю, — заметил бы он, — что жидкость или газ следует характеризовать как непрерывную, легко изменяемую материю. Подходя к препятствию, струйки не ударяются о него, а плавно обтекают и смыкаются на задней стороне.
Коллега Эйлера, другой академик Петербургской академии наук Даниил Бернулли (1700—1782), который специально исследовал механику жидких и газообразных тел и вывел уравнение, связавшее скорость и давление в потоке идеальной несжимаемой жидкости при установившемся течении, скорее всего поддержал бы Эйлера.
Герман Гельмгольц (1821—1894), физик, физиолог и психолог, основоположник теории вихревого движения жидкости, и физик Густав Кирхгоф (1824—1887) в своих выступлениях сослались бы на разработанную ими струйную теорию и рассказали бы о таком опыте:
— Плоскую пластинку поставим под углом к набегающему потоку. Приближаясь к пластинке, струйки отклоняются от своего первоначального направления, вблизи пластинки расходятся к ее краям и плавно обтекают ее переднюю сторону. За пластинкой, по нашей теории, движение предполагается разрывным. Струйки срываются с кромок пластинки и текут дальше, постепенно приближаясь к своему изначальному направлению перед пластинкой. Поверхности разрыва создают за пластинкой застойную зону...
Итак, перед нами разные схемы обтекания тел потоками воздуха или жидкости, частью умозрительные, частью основанные на опыте, однако не на столько, чтобы быть верными во всех случаях. Скажем, теория Эйлера не учитывала силы трения, а струйная теория оказалась неприемлемой в случае хорошо обтекаемого или, как говорили ученые, удобообтекаемого тела: тогда срыва струй не происходит, и они текут плавно.
Вообще аэрогидродинамика развивалась до начала ХХ века крайне медленно. Собственно, началась она как серьезная наука с исследований Эйлера и Бернулли. Эйлер вывел общие уравнения, описывающие движение жидкостей и газов, исследовал многие вопросы сопротивления жидкостей применительно к кораблестроению и созданию гидравлических машин. Бернулли, которому, по общему признанию, принадлежит честь изобретения самого термина «гидродинамика», доказал, что по мере нарастания скорости потока давление в нем понижается, а при уменьшении скорости, наоборот, повышается (это соотношение между давлением в жидкости и ее кинетической энергией выражено уже упоминавшимся здесь уравнением, теперь оно фигурирует в научной литературе и учебниках как уравнение Бернулли). Оно справедливо и для безвихревого, и для вихревого движения, но во втором случае только для отдельных струек, которые составляют поток.
Долгое время аэрогидродинамика обобщала факты, добытые в гидравлике, теории сопротивления среды движущемуся судну и отчасти в баллистике — науке о движении артиллерийских снарядов.
Случалось, что теория, как бы замкнувшись в своем развитии на саму себя, приходила к выводам, не обещавшим практике никакой перспективы. Так, один из ученых, используя формулы струйной теории, доказывал: летать на аппарате тяжелее воздуха... вообще невозможно. Его расчеты неумолимо утверждали: подъемная сила меньше веса аппарата в три-четыре раза.
