Блеск и нищета К. Э. Циолковского - Гелий Салахутдинов

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)

Автор работы [80] писал: "Циолковский отчетливо установил, что в формулу для коэффициента трения скорость и размер модели входят с одним и тем же показателем степени, как это и должно быть согласно теории динамического подобия" [80, с. 13].

К.Э. Циолковский этого не понял и не понимал всю жизнь.

А.А. Космодемьянский в связи с достижениями К.Э. Циолковского писал: "Несмотря на то, что в опытах Циолковского скорость воздушного потока изменялась в очень малом диапазоне, ему удалось показать, что сила сопротивления трения изменяется в зависимости от произведения скорости воздушного потока и характерного линейного размера тела в некоторой степени, причем показатели степени у скорости и длины - одинаковы. Так как Циолковский производил свои опыты, как он писал в Академию наук, примерно в одинаковых условиях (давление и температура воздуха), то сделанные им выводы впервые установили зависимость аэродинамического сопротивления трения от числа Рейнольдса" [29, с.43].

Однако до понимания теории подобия, как мы только что видели, К.Э. Циолковский еще не дошел. Учет атмосферных условий в своих формулах он не осуществлял, что вызывает недоверие к его и без того приблизительным результатам.

Использование степенной зависимости в его формуле Т = f(VL) также не было его открытием, как это приписывают ему некоторые авторы. Он сам указал на работы Фруде, проводившему аналогичные опыты для воды, и написал: "По аналогии с опытами Фруде в воде, надо думать, что показатели формулы [см. (1) - Г.С.] постепенно уменьшаются с увеличением L и V" [100, с. 16]. Здесь же дается ссылка и на аналогичные исследования Гагена.

В этой своей работе он уточнил представления о силе трения для поверхностей аэростатов, показав, что она в полтора раза меньше самого смелого из его расчетов [100, с. 17], а для некоторых аэростатов (в 200 м длиной) - в четыре раза [100, с. 31].

Далее он провел опыты с призмами, круглыми и эллиптическими цилиндрами, с правильными многогранниками и шарами, с продолговатыми телами вращения. Попытался оценить влияние кормовой части этих тел на их сопротивление. Он нашел, что "Кормовой (или задний) придаток тела иногда увеличивает его сопротивление, иногда не изменяет, но большей частью уменьшает" [100, с. 32]. Другими словами, разобраться в этом вопросе ему не удалось, что и понятно в связи с большой сложностью наблюдавшейся здесь физической картины.

Являясь по-видимому, первой в России попыткой систематического изучения аэродинамических характеристик различных тел, эта работа несла на себе и все негативные отпечатки пионерского ее характера. Она сугубо эмпирична и если не считать приведенных выше формул по силе трения, никаких обобщений не содержала. Бросается в глаза тот факт, что ее автор резко и не всегда оправданно расширял ее тематику. Так например, у него была хорошая возможность изучить и математически описать зависимость силы сопротивления от удлинения плоской пластинки, однако ею он не воспользовался и перешел к изучению тел сложных форм, где наблюдаются турбулентность, сложные вихреобразные течения, отрывы потоков и пр., что во многих случаях ставило его перед невозможностью объяснения протекавших явлений.

К.Э. Циолковский и сам понимал, что его опыты и не точны, и недостаточно обширны, чтобы на их основе можно было бы делать какие-либо обобщения [100, с. 32].

Работу эту можно было бы назвать исторической только с точки зрения ее пионерского для России характера. Что же касается полученных результатов, то тут у него нет тех приоритетов, какие ему приписывают ныне его биографы, хотя с другой стороны, она содержала довольно много интересных результатов, характеризующих качественные аспекты различных вопросов обтекания воздухом тел. Перед К.Э. Циолковским открывались реальные возможности путем проведения недостающих опытов получить эмпирические зависимости, позволяющие осуществлять проектно-конструкторские расчеты летательных аппаратов. Конечно, это была трудная задача и одному человеку справиться с ней было невозможно, да и точность наблюдений оставляла желать много лучшего.

10 сентября 1899 года К.Э. Циолковский обратился с письмом в Императорскую Академию наук с просьбой о материальном содействии в проведении новой серии аэродинамических опытов.

22 сентября на X заседании физико-математического отделения Академии рассмотреть эту просьбу было поручено академику М.А. Рыкачеву.

Уже на следующем заседании отделения рассматривалось его заключение на предложение К.Э. Циолковского.

М.А. Рыкачев, в частности, писал, что: "Опыты заслуживают полного внимания Академии, как по идее, так и по разнообразию опытов. Несмотря на примитивные домашние средства, какими пользовался автор, он достиг все же весьма интересных результатов... Весьма интересны опыты, произведенные с целью определения влияния кормовой части: оказывается, что для продолговатого тела, у которого один конец сферический, а другой острый конический (аэростат Шварца), получается значительно меньшее сопротивление при обращении к ветру сферическим концом, чем коническим...

По всем этим причинам, производство опытов в более широких размерах и более точными приборами было бы крайне желательно, и я позволю себе просить Отделение исполнить просьбу автора и оказать ему материальную поддержку из фонда, предназначенного на ученые потребности" [157, с. 254-255].

М.А. Рыкачев был не новичок в аэродинамике. Еще в октябре 1870 года он использовал прибор, состоящий из 4-х лопастей, приводимых во вращение пружиной, момент которой был заранее определен, что давало возможность вполне точно определять работу, затрачиваемую на вращение. Прибор устанаапивался на чашку весов. Во время вращения лопастей возникала подъемная сила, для уравновешивания которой необходимо было снимать часть гирь с другой чашки. Опыты давали возможность определять подъемную силу при данной скорости вращения винта. Их результаты были опубликованы в 1871 году в "Морском сборнике" [62].

Следует также отметить, что в ИРТО опыты по сопротивлению воздуха для тел различной формы были организованы в 1892 году [48, с.З], но протекали вяло.

Отделение запросило у К.Э. Циолковского программу работ и смету расходов и в январе 1900 года выделило ему 470 рублей [157, с.256].

Получив эти средства, он в мае 1900 года принялся за сооружение большой воздуходувной машины, дававшей поток по 0,7 м в длину и ширину, т.е. площадь потока составляла около 0,5 м2.

К концу года эта машина была готова и он начал изготавливать модели [157, с. 14].

1 сентября 1901 года К.Э. Циолковский направил письмо академику М.А. Рыкачеву, в котором отмечал, что, несмотря на большой объем проведенной работы, программа исследований еще не исчерпана, и он даже не может сказать, когда это случится. Он выражал надежду, что все работы будут закончены к декабрю 1902 года [157, с. 258].

26 сентября академик М.А. Рыкачев в своем письме посоветовал ему прекратить на время опыты и подготовить отчет о проделанной работе [157, с. 259].

В декабре 1901 года отчет был отправлен в Академию наук, но ответ затягивался, и К.Э. Циолковский вновь обратился к М.А. Рыкачеву с письмом, в котором, в частности, для проведения опытов предлагал построить специальную обсерваторию или, говоря современным языком, создать институт. Кроме того, он спрашивал также и о судьбе отчета и о возможности его публикации [157, с. 259].

Содержание отчета было приблизительно одинаково с его статьей [ 100], но количество опытов было проведено несоизмеримо больше. Это была большая рутинная научная работа, где было много труда, но не было серьезных обобщений.

Более уверенно он рассмотрел проблемы, связанные с удлиненностью пластинок и цилиндров. Правда, на этот раз он попытался использовать в опытах и крылья, представлявшие собой часть цилиндрической поверхности, "разрезанной" нормально хордой основания. Но такая их форма мало что дала для практики, их также еще раньше испытывал, как отмечал и сам К.Э. Циолковский, известный исследователь О. Лилиенталь [141, с. 178].

Н.Я. Фабрикант, оценивая вклад К.Э. Циолковского, в частности отмечал, что "в этом своем отчете Циолковский, разрабатывая основы аэродинамического расчета самолета, устанавливает, что потребная мощность двигателей пропорциональна коэффициенту лобового сопротивления и обратно пропорциональна коэффициенту подъемной силы в степени с показателем 3/2; в настоящее время соответствующая формула приводится во всех учебниках по аэродинамическому расчету" [80, с. 15].