Блеск и нищета К. Э. Циолковского - Гелий Салахутдинов

Он очень переутомился. Ему дали уроки математики в казенном реальном училище, куда он шел, закончив работу в своем, а оттуда направлялся в еще одно училище, где "точил свои болванки для моделей".

Сильно заболел воспалением брюшины. Из-за болей однажды потерял сознание. После болезни постоянно чувствовал тяжесть в желудке. Позже, в 1906 году, из-за физического труда появилась паховая грыжа, а еще через 20 лет - пупочная. Пришлось носить бандажи [172, с. 121-122].

В 1898 году ему предложили вести уроки физики в женском епархиальном училище. Приходилось заниматься почти со взрослыми девушками, что было легче, "... тем более, что девочки раньше зреют, чем мальчики".

Обратимся, однако, к результатам этих его опытов.

Высота его воздуходувки составляла 1,5 м, ширина - около 0,5 м. Воздушный поток создавался на площади около 1200 см2 (т.е. больше, - как отмечал К.Э. Циолковский, - чем в "аппарате Максима").

Ее лопасти приводились в движение грузами от 200 г до, примерно, 8 кг. Диаметр лопастного колеса (вентилятора - Г.С.) составлял 1 м.

Колесо могло сделать 18 оборотов и работало чуть больше 10 секунд. Решетка представляла собой обыкновенный ящик, разделенный на 12 равных ячеек горизонтальными и на 3 отсека - вертикальными перегородками. Испытываемая форма устанавливалась на четырех столбиках, прикрепленных к открытому жестяному ящику, который плавал в воде, заполнявшей другой ящик. Последний закрывался составной крышкой с прорезями для свободного передвижения этих четырех столбиков.

Ниже ящика была прикреплена линейка, а на плавающем ящике крепилась стрелка. Прибор тарировался. Под воздействием потока воздуха на испытываемую форму ящик двигался и стрелка показывала соответствующее отклонение. Вот, собственно, и вся аэродинамическая труба [100].

Профессор Н.Я. Фабрикант назвал работу [100] "исторической" [80, с. 12] и утверждал, что ее автор "...впервые в истории науки выполнил ...систематическое экспериментальное исследование лобового сопротивления и подъемной силы тел разной геометрической формы, в том числе моделей крыльев и корпусов дирижаблей. Он впервые установил здесь ряд основных законов аэродинамики (влияние продолговатости тела вращения на его сопротивление, влияние удлинения крыла на его динамические характеристики, зависимость силы трения от размеров поверхности тела и скорости потока и многие другие).

Он впервые указал на значение аэродинамической трубы для решения проблем аэродинамики" [80, с. 12].

Профессор А.А. Космодемьянский высказал сходную точку зрения: "Циолковский в 1897 г. сооружает в Калуге первую в России аэродинамическую трубу с открытой рабочей частью..., с величайшей ясностью и убедительностью доказал необходимость систематического эксперимента по определению сил воздействия воздушного потока на движущиеся в нем тела" [29, с. 38-39].

И далее: "В этой работе Циолковского на основании систематических экспериментов... выяснена роль сил сопротивления трения для дирижаблей, даны интерполяционные формулы для подсчета сил трения, по своей структуре близкие к современным, показано влияние кормовой части тела на величину сил сопротивления давления" [29, с. 39].

Попытаемся разобраться в какой степени эти оценки соответствуют объективной реальности.

Прежде всего отметим, что К.Э. Циолковскому не принадлежит приоритет в изобретении или использовании аэродинамической трубы.

Первая в России аэродинамическая труба была создана в 1871 году В.А. Пашкевичем. Она имела своего рода коллектор, рабочую часть, прямой диффузор, весы и осевой вентилятор. Труба эта была нагнетательного типа, прямого действия, с закрытой рабочей частью. Опыты показали, что это устройство было вполне пригодно для определения сопротивления воздуха у различных тел [49].

Устройство, использовавшееся К.Э. Циолковским, было не прогрессивным, а регрессивным развитием этой трубы В.А. Пашкевича, да и прибора Х. Максима тоже. Кроме того, заимствование чужой идеи в принципе не может быть вопросом приоритета, а К.Э. Циолковский откровенно "списал" свою трубу с устройства Х. Максима и сам никогда на приоритет здесь не претендовал.

В работе [100] после описания "веялки" К.Э. Циолковский сделал обзор величин давления на плоскость, расположенную нормально к потоку, полученных зарубежными авторами. Разброс значений составлял 0,13-0,071.

Затем, он сделал обзор формул зарубежных ученых, посвященных расчетам давления воздушного потока на наклонную плоскость:

"По Ньютону:

Грубая неверность этой формулы теперь вполне выяснена на опытах и в теории (он имел ввиду свои совершенно несостоятельные теорию и опыты, изложенные в работе [101] - Г.С).

По Ф.Р. Лессли:

По теории лорда Рейля и Герлаха (1876 год - Г.С.):

По опытам С. Ланглея (1891 год - Г.С.) на коловратных машинах:

Кроме того, как свидетельствовал сам К.Э. Циолковский, к выводу о том, что давление при острых углах пропорционально sin(i), (где i - угол наклона пластинки) пришли путем опыта Дюшмен (1842 г.) и О. Лилиенталь (1880 г.). Почему тогда К.Э. Циолковский утверждал, что это он нашел ошибку у И. Ньютона?

Тем не менее, он в автобиографии еще раз вспомнил в связи с этим имя И. Ньютона: "Вообще, - писал он, - я еще не вижу надобности уклоняться от механики Ньютона, за исключением его ошибок" [171].

Теперь он уже говорит не об ошибке, а об ошибках. При этом, как это следует из результатов, приведенных в работе [100, с. 11], разброс опытных данных у разных исследователей достигал 100% при угле между плоскостью пластинки и набегающего потока в 5-35° и составлял 0% при 90° [100, с.11]. Это, в частности означает, что в большей части этих углов неточности формулы И. Ньютона, как уже отмечалось, находились в границах разброса опыта и не являлись принципиальными (хотя теоретическая ошибка, несомненно, имела место).

К.Э. Циолковский провел свои аналогичные опыты и получил неточные результаты: в пределах углов i (между плоскостью пластинки и направлением потока), составлявших 35-60°, он получил, что давление даже больше, чем при нормальной ориентации пластинки.

Далее он экспериментировал с продолговатыми пластинками (т.е. имеющими удлинение - по современной терминологии).

Отметим, что, во-первых, плоская пластинка - это еще не крыло, поэтому утверждения, что в этой работе он занимался изучением крыльев представляется несостоятельным. Во-вторых, и его опыты с "продолговатыми пластинками" не были для того времени новаторскими. Сам К.Э. Циолковский сослался на работу [192], автор которой показал, что если пластинка перпендикулярна к направлению воздушного потока, то давление почти не зависит от степени ее удлинения, а зависит только от величины ее площади. Если же она наклонена "к ветру" под острым углом, то и продолговатость ее имеет большое влияние на степень давления [100, с. 12].

"На то же, - добавил К.Э. Циолковский, - указывают и опыты Ланглея" [100, с. 12].

Далее он привел результаты своих опытов, в отношении которых можно сделать такой вывод:

"Он подтвердил уже известное из работы [192]". В его опытах пластинка шириной b = 4 см устанавливалась под некоторым острым углом атаки (угол не указан) и измерялось давление (Р) на нее при различной ее длине (а):

а = 4    8       12    16   20      24    см

P = 6   14,5   25    38   47,5    59,5

Площадь пластинки

F =         16        32       48         64       80        96

P/F =      0,38     0,45    0,52      0,6      0,6       0,62

Таким образом, при увеличении длины пластинки в 6 раз, давление на ее единицу площади изменилось в 1,6 раза.

(Недостающие для полной ясности изложения расчеты проведены нами - Г.С.)

Таким образом, К.Э. Циолковскому не принадлежит приоритет ни в теоретическом, ни в экспериментальном обосновании зависимости силы сопротивления воздуха от степени удлинения плоской пластинки.

Далее он переключил свое внимание на опыты, связанные с определением силы трения. Результаты его исследования состояли в следующем:

"Величина трения не пропорциональна квадрату скорости... Величина трения не пропорциональна длине цилиндра" [100, с.14].

Он считал, что величина трения Т для цилиндров одного и того же диаметра, принятого им, выразится формулой: T = A Va Lb, где: V - скорость; L - длина цилиндра; A, a, b = const.

Далее он находит, что для пластинки: Т = 0,0004423 V1,604 L0,63 (1)