Мнение на этот счет русского механика и математика Н. Е. Жуковского было куда более оптимистичным, а после успешно совершенных полетов немецкого инженера Отто Лилиенталя на планере собственной конструкции оно превратилось в непоколебимое убеждение. Воздухоплавание, можно сказать, стало для него и страстью, и новой областью приложения интеллектуальной энергии. Жуковский с самого начала понимал, что без серьезной теоретической и экспериментальной основы все попытки путем «проб и ошибок» решать задачу полета человека на аппаратах тяжелее воздуха обречены. Во всяком случае к быстрому успеху не приведут.
Вполне естественно, что перед Жуковским сразу же возник вопрос: откуда берется подъемная сила? Впервые он прозвучал в 1890 году в докладе, прочитанном Николаем Егоровичем на VIII съезде русских естествоиспытателей и врачей. С тех пор ученый неустанно об этом думал. Поэтому когда говорят и пишут, будто ответ на вопрос вопросов теории аэропланов Жуковский нашел как бы нечаянно, благодаря счастливому озарению, то это не следует понимать буквально, хотя, конечно, господин Случай сыграл здесь свою привычную роль.
...Ветреным октябрьским днем 1904 года в поле недалеко от станции Кучино Московско-Нижегородской железной дороги Николай Егорович наблюдал за полетами коробчатых змеев. В Кучино только что был создан аэродинамический институт; запуск змеев, построенных талантливым инженером и изобретателем Сергеем Сергеевичем Неждановским, входил в программу эксперимента. Так вот, в тот ветреный день Николая Егоровича осенила догадка[2]. Он как бы в натуре увидел физическую картину рождения подъемной силы. Ему представилось, что тело, находящееся в воздушном потоке, обтекают два течения. Одно — прямолинейное, по скорости и направлению совпадающее с потоком, другое — круговое, циркуляционное, то есть обтекающее тело вкруговую. Причем не просто круговое, а содержащие вихри и образуемое вихрями. В нем-то, в этом круговращении, все дело!
Обдумывая счастливую догадку, Николай Егорович поставил, как мы бы теперь сказали, мысленный эксперимент. Если циркуляционный поток вокруг тела представляет собой движение, вызванное вихрем, то можно, стало быть, в дальнейших построениях вообще обойтись без тела, заменив его этим вихрем (Николай Егорович назвал такие вихри присоединенными).
Модель процесса, созданная воображением ученого, как и всякая модель, упрощала, разумеется, реальную картину, зато она обладала геометрической наглядностью и позволяла найти для нее математическое решение, которое и подводило к разгадке природы подъемной силы. Она — в наложении циркуляции на поступательное движение (обтекание) воздуха, в результате чего образуется разность давлений под вихрем и над вихрем (надо все время помнить, что в этой модели обтекаемое тело заменено вихрем!). Над вихрем, где скорости складываются, воздушный поток ускоряется, а давление, согласно закону (уравнению) Бернулли, становится меньше; под вихрем картина обратная.
Природу сил, рожденных циркуляцией, точнее говоря, циркуляционным вихревым потоком, пытались понять и объяснить и до Жуковского. Еще в середине века профессор Берлинского университета Г. Магнус изучал явление, которое было замечено артиллеристами: даже в безветренную погоду пушечные ядра почему-то непременно отклонялись от плоскости стрельбы, будто их сбивала с курса какая-то неведомая сила. Магнус установил, что да, отклоняются пушечные ядра не случайно: в полете на них действует поперечная сила, возникающая тогда, когда на их окружную (угловую) скорость собственного вращения накладывается скорость воздушного потока. Соотечественник Магнуса, разносторонний исследователь, типичный представитель племени естествоиспытателей Г. Гельмгольц специально изучал вихревое движение и, по сути дела, заложил основы его теории. Он ввел, в частности, понятие вихревого шнура, а также самого вихря в связи с циркуляцией. Английский математик и физик, нобелевский лауреат Джон Стретт, известный в истории науки под именем лорда Рэлея, интересовался полетом теннисного мяча. И вот к какому выводу он пришел: мяч описывает криволинейную траекторию потому, что на него действует боковая сила, вызванная сложением вращательного движения с поступательным. Рэлей обобщил свои наблюдения и придал им вид закономерности: «магнусова сила» действует на любой вращающийся цилиндр, а возникает эта сила опять-таки благодаря циркуляции. Наконец, в 1894 году гипотезу о подъемной силе крыла за счет добавочного вихревого движения воздуха высказал Ланчестер, но его гипотеза, не подкрепленная математическим истолкованием, осталась практически незамеченной.
Связать воедино механизм возникновения циркуляции вокруг вращающихся и невращающихся тел (скажем, цилиндр и крыло) и механизм возникновения подъемной силы первым смог именно Николай Егорович Жуковский. Не лишне будет заметить, что это удалось ему в значительной степени потому, что он был одновременно ученым-теоретиком, превосходно знавшим механику, и ученым с инженерным складом ума.
