Циолковский. Его жизнь, изобретения и научные труды. - Яков Исидорович Перельман
Сочувствие прессы к моим трудам сопровождалось пожертвованиями от разных лиц на дело воздухоплавания (приток денег вызван был появлением упомянутой ранее статьи Голубицкого в „Калужском вестнике“). Всего получено было 55 рублей, которые я употребил на производство новых опытов с сопротивлением воздуха… Но, увы, несмотря на порядочный шум газет, сумма оказалась чересчур незначительной. Так, Питер (Ленинград) выслал 4 рубля. Как бы то ни было, спасибо обществу и за то. Я много разъяснил себе произведенными опытами, которые описал так же, как и устроенные мною приборы в „Вестнике опытной физики“, в статье „Давление воздуха на поверхности, введенные и искусственный воздушный поток“ (1899). Работа эта была представлена мною в Академию наук. Академик Рыкачев сделал о ней благоприятный доклад Академии, которая, благодаря этому, выдала мне, по моей просьбе, 470 рублей на продолжение опытов. Года через полтора мною был послан в Академию подробный доклад, состоящий из 80 писчих листов и таблиц-чертежей. Краткое извлечение из этого доклада было позднее напечатано под заглавием „Сопротивление воздуха и воздухоплавание“. После этой работы я некоторое время продолжал свои опыты, которые, связанные с разными вычислениями, постепенно выяснили мне истину сопротивления воздуха».
В другом месте Циолковский так рассказывает о своих аэродинамических исследованиях:
«Академия дала о моих трудах благосклонный отзыв, но ввиду множества сделанных мною оригинальных открытий, отнеслась к моим трудам с некоторым сомнением. Теперь (1913 г.) Академия может порадоваться, что не обманулась во мне и не бросила денег на ветер. Благодаря последним опытам Эйфеля, самые странные мои выводы подтвердились».
7. Остатки моделей для опытов Циолковского по сопротивлению воздуха (с фотографии).
Результаты опытов и изысканий Циолковского изложены в следующих его печатных работах, краткая характеристика которых составлена им самим:
1898 г. «Самостоятельное горизонтальное движение управляемого аэростата» (в журн. «Вестник опытной физики»).
Доказывается управляемость газового воздушного корабля и то, что с увеличением скорости коэффициент сопротивления среды уменьшается. Простые опыты.
1899 г. «Давление воздуха на поверхность» (в том же журнале).
Более сложные и многочисленные опыты сопротивления воздуха. Эмпирические законы трения. Опыты были произведены ради защиты управляемости аэростата, так как представители Технического общества теоретически давали громадные коэффициенты сопротивления даже для тел лучшей, идеальной формы.
1903 г. «Сопротивление воздуха» (в журн. «Научное обозрение»).
Опыты сопротивления и трения воздуха с более сложными и улучшенными приборами. Все делалось руками Циолковского — и пайка, и точка, и столярные и слесарные работы.
1927 г. «Сопротивление воздуха и скорый поезд».
Даны новые формулы сопротивления воздуха птицеподобным телам. Они применимы и к жидкостям, например, к воде, только коэффициент нужен иной. Он легко определяется опытом. Коэффициент сопротивления оказывается зависящим не только от формы тела и его скорости, но и от его абсолютных размеров.
Что же касается до «скорого поезда», то, вероятно, это дело отдаленного будущего или применений исключительных. Поезд состоит из вагона хорошей формы, но с плоским основанием (без колес), которое близко прилегает к ровной площади пути. Под основание вагона накачивается воздух, который поднимает вагон на несколько миллиметров и почти уничтожает трение. Вырывающийся сзади вагона воздух (или пар) заставляет его быстро двигаться вдоль пути. В сущности этот вагон лежит на танком слое воздуха. При большой скорости и некоторых летательных приспособлениях поезд перескакивает через рвы, реки и горы, не нуждаясь в мостах и тоннелях.
1930 г. «Давление на плоскость при ее нормальном движении в воздухе».
1931 г. «Сжиматель газов».
Теория прибора для получения потока сжатого воздуха. Заключающиеся в работе таблицы и формулы имеют наибольшее применение для стратоплана (см. гл. IV).
По кратким аннотациям автора трудно, однако, судить о подлинном богатстве содержания этих работ. Работу 1898 г. Циолковский характеризует, например, тремя строками, но вот как реферирует ту же работу рецензент журнала «Научное обозрение».
«Автор знакомит с результатами своих теоретических исследований относительно зависимости между сопротивлением воздуха, размерами аэростата, его скоростью и прочими факторами, обусловливающими движение аэростата. Форма аэростата, которая служила автору моделью при опытах и которую он имеет в виду при своих исследованиях, — тело вращения дуги круга около своей хорды. Автор рассматривает сопротивление воздуха состоящим из двух частей, — сопротивление от инерции (воздух расталкивается и увлекается аэростатом) и сопротивление от трения. Сопротивление от инерции, по исследованиям автора, прямо пропорционально квадрату скорости поступательного движения аэростата, прямо пропорционально площади поперечного сечения и обратно пропорционально квадрату его продолговатости. Заметим, что „продолговатостью“ или „остротой“ аэростата называется отношение его длины к наибольшему поперечному разрезу. Сопротивление от трения прямо пропорционально поверхности аэростата и первой степени скорости его поступательного движения. Общий коэффициент сопротивления аэростата (отношение сопротивления аэростата к сопротивлению его поперечного сечения), при постоянной продолговатости, обратно пропорционален скорости поступательного движения, а при очень больших скоростях можно считать коэффициент сопротивления не зависящим от скорости и обратно пропорциональным квадрату продолговатости. При небольших скоростях и значительной продолговатости можно пренебречь сопротивлением от инерции, и тогда коэффициент сопротивления изменяется обратно пропорционально скорости поступательного движения и прямо пропорционально продолговатости. Наконец, автор задается вопросом, какова должна быть продолговатость аэростата, чтобы коэффициент сопротивления был наименьший, — и находит, что продолговатость должна быть пропорциональна кубичному корню из скорости поступательного движения, которая проектируется для аэростата. Интересна зависимость между скоростью поступательного движения аэростата и размерами поверхностей гребного винта; чем меньше скорость, тем больше относительная поверхность лопастей (по сравнению с площадью поперечного сечения).
Подъемная сила аэростата возрастает пропорционально 7/3 степени поперечного размера аэростата. Сила двигателя должна увеличиваться пропорционально 19/6 степени проектируемой скорости».
Вообще в этих работах Циолковского заключено огромное научное богатство, заслуживающее самого пристального внимания специалистов.
Мы видим теперь, на каком солидном фундаменте основаны проекты Циолковского и суждения его, относящиеся к авиации и воздухоплаванию. Ничего подобного не наблюдаем мы в работах германского изобретателя воздушных кораблей гр. Цеппелина, шедшего ощупью, вслепую, и нередко допускавшего ошибки, которых можно было бы избежать. Оценивая первые достижения Цеппелина, Циолковский писал:
«Цеппелин в 1900 г., на рубеже XX века, достигает сравнительно незначительного результата со своим цилиндром, разгороженным поперечными перегородками, еще более увеличивающими его сопротивление. Если бы Цеппелин сделал расчет, основываясь на очень недорогих опытах, то убедился бы, что его грандиозный по величине воздушный корабль не может получить скорости более 25 километров в час, — что и обнаружилось на деле. Только тот воздушный корабль можно будет назвать управляемым, который имеет значительную самостоятельную скорость, не меньшую 50
