Николай Егорович Жуковский

Жуковский Николай Егорович (1847–1921), российский ученый в области механики.

Родился 5 января (по старому стилю) 1847 в Орехово – имении в 30 километрах западнее Владимира. Отец, Егор Иванович Жуковский, – инженер-путеец, закончивший Институт инженеров путей сообщения в Санкт-Петербурге (1835), вышел в отставку в 1844 и занимался сельским хозяйством – работал управляющим имениями соседних помещичьих хозяйств. По роду своих занятий отец много времени проводил в отъезде Мать с детьми постоянно жила в Орехово.

Родители заботились об образовании детей, мать учила грамоте, музыке и рисованию, были приглашены и учителя. После домашней подготовки осенью 1857 Жуковский поступил в гимназию в Москве, в 1864 окончил с серебряной медалью и был принят на математическое отделение физико-математического факультета Московского Императорского университета – успешно закончившие гимназию принимались в университет без экзаменов.

В университете читались обязательные курсы лекций: чистой математики, начертательной геометрии, астрономии, физики, русской словесности, богословия, французского языка; затем: ботаники, зоологии, химии, оптики, теоретической и практической механики. Влияние преподавателей университета определило дальнейшую научную и преподавательскую деятельность Жуковского. Лекции по механике в университете параллельно читали крупные ученые профессора В.Я.Цингер и Ф.А.Слудский. Специальностью В.Я.Цингера была геометрия, искусство его преподавания заключалось в геометрической ясности, наглядности излагаемого предмета. Иного рода был метод Ф.А.Слудского. Принципы механики он излагал на языке формул, геометрические иллюстрации считал излишними. Контраст между наглядными лекциями В.Я.Цингера и строго аналитическим (абстрактным) изложением Ф.А.Слудского, по-видимому, привел Жуковского к выбору наглядности метода В.Я.Цингера.

Во время обучения в университете Жуковскому пришлось давать платные уроки, чтобы иметь деньги на оплату за обучение, жилье, питание и на помощь младшему брату, гимназисту.

В 1868 Жуковский окончил университет и решил продолжить образование в Институте инженеров путей сообщения в Санкт-Петербурге, подав прошение о зачислении на второй курс этого института. Он хотел учиться в нем сразу по окончании гимназии, но тогда материальные затруднения не позволили осуществить то желание. Однако и теперь это ему не удалось – не смог справиться с черчением, не сдал экзамен по геодезии. Весной 1869 вернулся в Орехово.

В августе 1870 Жуковский стал преподавателем физики во Второй московской женской гимназии, в январе 1871 – преподавателем математики в Императорском Техническом училище (ныне Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана), где осенью 1874 стал доцентом кафедры аналитической механики, вел занятия и по механике (в течение 47 лет).

Еще в 1872 поступил преподавателем в Московскую практическую академию коммерческих наук и продолжал там преподавание до 1920.

Первая научная работа Жуковского вышла в 1876 (магистерская диссертация Кинематика жидкого тела). Современная Жуковскому теоретическая гидродинамика, восходившая к работам классиков науки Лагранжа и Коши, носила аналитический характер, была лишена наглядности. Жуковский же считал, что «механика должна равноправно опираться на анализ и геометрию, заимствуя от них то, что наиболее подходит к существу задачи. Своими новыми методами: исследованием интегралов по дифференциальным уравнениям, изысканием признаков, при которых существуют алгебраические интегралы, и т. д. анализ дает нам могущественное орудие для разрешения задач динамики. Но последняя обработка решений задачи всегда будет принадлежать геометрии».

В октябре 1876 защитил магистерскую диссертацию, с 1877 член Политехнического общества инженеров и действительный член Математического общества.

Май – август 1877 – первая зарубежная командировка Жуковского. В Берлинском университете он слушал лекции Германа Гельмгольца, Густава Кирхгоффа, Эрнста Куммера. Около двух месяцев провел во Франции. В Сорбонне слушал лекции Жана Дарбу, познакомился с Анри Пуанкаре и Аме-Анри Резалем, который поместил его работы (на французском языке) Об ударе тел (особо отмеченную Дарбу) и Об одном частном случае движения материальной точки в Журнале прикладной и чистой математики. К этому же периоду относится его работа Связь между вопросами о движении материальной точки и равновесии гибкой нити. Несколько лет спустя (1884) в этом же журнале вышла статья Жуковского О начале наименьшего действия.

В октябре 1879 Жуковский стал сверхштатным профессором механики в Техническом училище. В 1882 защитил докторскую диссертацию О прочности движения. Защитив диссертацию в апреле 1882 (оппоненты А.Ю.Давидов, В.Я.Цингер и Ф.А.Слудский) и получил степень доктора прикладной математики. Впоследствии А.М.Ляпунов в своей диссертации Общая задача об устойчивости движения (защищенной в 1892 в Московском университете, Жуковский был оппонентом), значительно продвинулся в этой области и исправил некоторые неточности Жуковского, который искренне радовался чужим успехам в науке и верил, что его ученики и коллеги в силах решить задачи, не решенные им самим. При этом не пытался оказывать давление авторитетом, был твердо убежден в ценности приобретения научных знаний и даже в ошибочных утверждениях он искал присущую им долю истины.

С 1885 Жуковский начал преподавание в Московском университете, вел курс нового предмета – гидродинамики. В 1886 стал экстраординарным профессором механики. Принял участие в создании Механического кабинета Московского университета, превращенного впоследствии в механическую лабораторию университета.

В 1886 стал штатным профессором кафедры аналитической механики Технического училища.

Чтение лекций для Жуковского было не помехой научной работе, а необходимым, интересным делом, он был одним из любимых молодежью профессоров, хотя и не был блестящим лектором, был очень рассеян. Известны случаи, когда Жуковский читал студентам II курса лекции, предназначенные для III курса; иногда путал самые простые арифметические вычисления, в быту пользовался арифмометром. Был очень добродушным экзаменатором. Ставил удовлетворительные оценки, сам ответив на экзаменационный вопрос. Его влияние на учеников определялось его талантом, широтой научной эрудиции и склонностью к постоянному, напряженному научному творчеству.

Общение с лучшими представителями научной и технической мысли того времени (Ф.А.Бредихин, А.Г.Столетов, П.Н.Лебедев, Н.А.Умов, Н.В.Бугаев, Б.К.Млодзеевский) позволяло Жуковскому быть в курсе научных и технических проблем того времени. К 1883 относится начало его работы по небесной механике, по теории вычисления планетных орбит и теории кометных хвостов (сказалось влияние Ф.А.Бредихина). В 1886 исследование Жуковского О движении твердого тела, имеющего полости, наполненные однородной капельной жидкостью было удостоено Московским университетом премии имени профессора Н.Д.Брашмана (присуждаемой за лучшее сочинение по математике).

В 1891 стал ординарным профессором Московского университета. В круге его научных интересов – исследования по гидромеханике, гидравлике, гидродинамической теории смазки, теории движения грунтовых вод, теории упругости, механике твердого тела, небесной механики, теории горения, дифференциальным уравнениям, решение задач о форме судов, об артиллерийских снарядах и т.п. В этом проявилась черта, характерная для всей его научной работы – тяготение к технике, он был одним из ученых-механиков, сыгравших большую роль в решении технических и прикладных задач методами математической физики. Полученный теоретический результат стремился приложить к решению конкретной задачи, обладал умением выбрать модель явления, сохраняющую все важные его свойства, и позволяющую довести исследование до конца. Любил говорить, что «механика есть искусство выражать задачи о движении уравнениями, которые до конца интегрируются».

Интересуясь практическими вопросами техники, стал центром, около которого группировались специалисты. Среди учеников Жуковского известные строители В.Г.Шухов и П.К.Худяков, конструктор А.П.Гавриленко, механики А.И.Смирнов, А.И.Сидоров, Н.П.Зимин, Н.И.Мерцалов, С.А.Федоров, В.И.Гриневецкий, Д.П.Рябушинский, С.А.Чаплыгин, В.П.Ветчинкин, авиаконструктор А.Н.Туполев, авиатор Б.И.Россинский. В сознании окружающих Жуковский перерос в фигуру «сверх-инженера».

С конца 1880-х главные работы Жуковского связаны с гидродинамикой подземных вод и с вопросами устройства водопровода. К этому времени из-за быстрого роста населения Москвы значительно увеличился расход воды московского водопровода. Около 1890 встал вопрос о расширении мытищинского водозаборного узла. В свое время проблема водоснабжения Москвы была решена именно устройством этого водозабора. Но способен ли он давать больше воды? Работы Жуковского (Теоретическое исследование о движении подпочвенных вод (1889) и др.) позволили установить связь между колебаниями барометра и высотой стояния уровня грунтовых вод, определить емкость водохранилища и максимально возможный расход воды. В результате идея расширения мытищинского водозабора была оставлена и построена новая, Рублевская водозаборная станция в верховьях реки Москвы.

Когда острым вопросом стал вопрос о причинах частых разрывов водопроводных труб. Жуковский провел обширное экспериментальное исследование изменения гидродинамического давления в трубах на специально устроенной опытной сети при Алексеевской водокачке и установил, что причина аварий водопровода – явление гидравлического удара (скачкообразного повышения давления при слишком быстром закрытии задвижки на трубе). При этом оказалось возможным отыскать и место разрыва трубы. Его работа О гидравлическом ударе в водопроводных трубах (1899) стала известной, была переведена на иностранные языки. Исследовал Жуковский и влияние температурных колебаний на перемещения грунта, вызывающие повреждения подземных трубопроводов (доклады на комиссии, 1914).

Появились и другие его работы: О гидравлическом таране (водоподъемное устройство с подачей воды за счет повышения давления в результате периодических гидравлических ударов), 1899, Определение скорости движения продуктов горения в заводской трубе по фотографии выбрасываемого ею дыма (опубликована в 1914), о вращении веретена, О деформации велосипедного колеса, 1902.

В 1895 исполнилось 25 служебной деятельности Жуковского, по тогдашним порядкам следовало уходить в отставку по выслуге лет. Желая продолжать работу, Жуковский подает прошение на высочайшее имя и в августе 1895 было получено разрешение остаться на службе в Университете и в Техническом училище.

В эти же годы он стал заниматься проблемами механики полета в воздухе. Полученные результаты поставили его имя в ряд основоположников аэродинамики. В 1890 появилась статья К теории летания; затем, в 1891, О парении птиц (в которой впервые рассмотрены возможные режимы парения, в т.ч. «мертвая петля»), Летательный аппарат Отто Лилиенталя (1895), О гибели воздухоплавателя Отто Лилиенталя (1897) и О наивыгоднейшем угле наклона аэропланов (1897), О воздухоплавании (1898). Вопросом о полетах на аппаратах тяжелее воздуха Жуковский начал интересоваться, по-видимому, уже задолго перед тем. Он собирал всевозможные летающие модели, воздушные змеи, заводные бабочки и т.п. (коллекция погибла в феврале 1942 в результате бомбежки). С одним из пионеров авиации, немецким инженером Отто Лилиенталем Жуковский был знаком, присутствовал при его полетах осенью 1895 и получил от него экземпляр крыльев, которые в последствии были переданы в Музей авиации.

В сентябре 1900 участвовал в Воздухоплавательном конгрессе в Париже, совершил полет на воздушном шаре. В 1902 исполнилось 30 лет научно-педагогической деятельности Жуковского и он вновь получил разрешение остаться на службе с сохранением содержания. Осенью 1906 ездил на Воздухоплавательный съезд в Милан.

В первые же годы 20 в. в Жуковский приступил к систематическим опытам по движению крылообразных тел в воздухе. В 1902 он создал в механической лаборатории Московского университета одну из первых аэродинамических труб – «галерею для искусственного потока воздуха». В 1904 в Кучино под Москвой был открыт аэродинамический институт. Этот институт был создан Д.П.Рябушинским на его личные средства при консультационном участии Жуковского и был для того времени богато и разносторонне оборудован. С 1906 издавался «Бюллетень» Кучинского аэродинамического института, в первом выпуске которого опубликована и важная работа Жуковского о падении в воздухе вращающихся продолговатых пластинок как об ученом-математике. В 1910 были построены аэродинамические трубы в Техническом училище. Начались систематические исследования величины подъемной силы и зависимости ее от формы обтекаемых тел. В Кучинском институте велись измерения подъемной силы как на воздушных змеях, так и на моделях в аэродинамической трубе. По-видимому, в результате этих работ осенью 1904 у Жуковского появилась мысль о влиянии циркуляции (гидродинамической характеристики плоского обтекания тел) на величину подъемной силы: при обтекании воздухом крыла подходящей формы создается сжатие воздуха под крылом и разрежение над ним, в результате чего и возникает подъемная сила

Не Жуковский первый высказал эту идею, раньше она была вскользь затронута англичанином лордом Рэлеем, а в 1894 ее высказал в другой англичанин – Ф.У.Ланчестер. Тем не менее, тогда эта идея прошла совершенно незамеченной. Тому имелись существенные причины: соображения Ланчестера были выражены, по его собственным словам, «простым английским языком, без всяких математических украшений» и не поддавались количественному обсчету и экспериментальной проверке. «Простой английский язык» был таков, что следить за мыслью Ланчестера было крайне трудно. Труды Ланчестера в Англии остались без внимания, его попытки сделать доклады в Английском королевском обществе воздухоплавания и Физическом обществе были отклонены.

В опубликованной в 1907 статье О присоединенных вихрях Жуковский ввел новый тип потенциального течения – с циркуляцией. Для этого типа течения характерно образование сил, действующих перпендикулярно набегающему потоку. Жуковский дал простую формулу расчета силы такого рода по величине циркуляции скорости потока и плотности жидкости.

До Жуковского (в 1902) аналогичный результат в Германии получил В.Кутта, однако он в своей работе рассматривал лишь частный случай обтекания дужки (тонкого крылового профиля) и не сделал тогда никаких обобщений.

Вопрос об определении величины циркуляции был решен приблизительно одновременно Куттой и независимо – в России учеником Жуковского Чаплыгиным для крыльев, имеющих острую заднюю кромку. Острая кромка крыла должна быть точкой схода газовых струй, иначе при обтекании этой кромки возникали бы бесконечные скорости газа, что невозможно.

Педагогические идеи Жуковского нашли свое выражение в многочисленных курсах лекций, которые отличались простотой, геометрической наглядностью, конкретностью и ясностью изложения. Теоретические основы воздухоплавания, прочитанные им в Техническом училище в 1910, впервые в мировой литературе содержали систематическое изложение теории подъемной силы крыла, основанной на учете циркуляции скорости.

В 1894 Жуковский был избран членом-корреспондентом Российской Академии наук (в то время находившейся в Санкт-Петербурге), а в 1900 выдвинут кандидатом в действительные члены (академики), но сам снял свою кандидатуру, поскольку избрание предполагало переезд в Петербург, а он не желал расставаться с Москвой, терять научные связи, интенсивную научную и педагогическую работу. Большую часть своей жизни он в Москве, в доме Соколовой в Мыльниковом переулке (ныне дом 8 по улице Жуковского) со своей матерью Анной Николаевной, управлявшей всем домашним хозяйством. Мать Жуковского была женщина властная, но вместе с тем гостеприимная, чрезвычайно радушная, прекрасная собеседница, всем живо интересовавшаяся и входившая во все мелочи, касающиеся деятельности ее сына. Анна Николаевна умерла в возрасте 95 лет (1912).

У Жуковского было двое детей: дочь Елена (1894) и сын Сергей (1900). Сергей впоследствии был студентом ВВА, скончался от туберкулеза в 1924. Елена окончила в 1911 гимназию и поступила на математическое отделение Московских высших женских курсов. Дочь свою Николай Егорович горячо любил; она сопровождала его во всех заграничных поездках, на ученых заседаниях, при посещениях лабораторий и аэродромов, выходов в театры, на выставки, прогулки за город.

С 1905 и в течение многих лет Жуковский был президентом Московского математического общества. Он сумел объединить в обществе людей различных взглядов, темпераментов, талантов и способностей, нашел место для приложения сил и дарований каждого. Менялись научные вкусы, исследовательские идеалы, научные перспективы, и в этой обстановке Жуковский с интересом и сочувствием следил за новыми научными направлениями, новыми оригинальными мыслями. В Обществе с одинаковым успехом проходили доклады, начиная от самых общих и абстрактных отделов математики и кончая темами на границе с прикладными науками; доклады по теории трансфинитных чисел, по вопросам строения бесконечных множеств, по теории особых точек аналитических функций, сменялись докладами по аэромеханике крыльев и винтов. С момента организации Общества содействия успехам опытных наук и их практических применений имени X.С.Леденцова Жуковский – почетный член совета Общества, председатель экспертной комиссии отдела воздухоплавания. Активно сотрудничал Жуковский и в других научных организациях: Обществе любителей естествознания, антропологии и этнографии, Бюро русских водопроводных съездов, Научно-техническом отделе Московского общества воздухоплавания, Обществе испытателей природы. В Политехническом обществе установился обычай начинать каждый академический год докладом Жуковского.

В январе 1911 торжественно праздновался 40-летний юбилей его профессорской деятельности. Он получил орден на Владимирской ленте, звание действительного статского советника. Политехническое общество присвоило ему почетное звание с вручением большого нагрудного золотого инженерного знака. Пришли поздравления из европейских научных центров – Оксфорда и Сорбонны.

В 1912 вышел первый том собрания сочинений Жуковского (начавшаяся война 1914–1918 не дала возможности закончить издание его сочинений).

С началом в Первой мировой войны Жуковский вел различные исследования для военных нужд, руководил Авиационным расчетно-испытательным бюро, работал в Комиссии чугунных снарядов (предполагавшихся к использованию вместо стальных) над определением устойчивости полета снарядов нового типа, участвовал в расчетах зажигательных авиационных бомб. В это время была преобразована в систематические четырехмесячные теоретические курсы организованная еще 1912 Военная школа авиации, где Жуковский читал лекции по курсу аэродинамики и динамике полета. Одновременно он – председатель Отдела изобретений при Московском военно-промышленном комитете.

После октября 1917 Жуковский возглавил работу по созданию двух крупнейших центров, связанных с развитием авиации и укреплением военной мощи нового государства, – Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) и Военно-воздушной академии, носящих теперь имя Жуковского. Продолжал научную работу в лаборатории Технического училища, читал лекции в Училище и Университете, участвовал в заседаниях Комиссии особых артиллерийских снарядов.

Напряженная работа, тяжелые условия жизни в Москве зимой 1919–1920 из-за разрухи, вызванной империалистической и гражданской войнами, подорвали здоровье Жуковского. В феврале 1920 он заболел воспалением легких; весной был помещен в лучший подмосковный санаторий «Усово». Болезнь усугубилась тяжелым горем – в 15 мая от прогрессирующего туберкулеза скончалась дочь.

В конце июня 1920 несколько улучшившееся состояние здоровья Жуковского позволило ему закончить статьи О просачивании воды через плотины, О динамической устойчивости и волновом сопротивлении артиллерийских снарядов. 28 июня он выехал в Москву и посетил ЦАГИ, ознакомившись со строительством Института, затем побывал в Техническом училище.

29 июня Жуковский перенес инсульт, вызвавший частичный паралич тела.

В конце лета Жуковский продиктовал свой курс механики по программам Технического училища и Института инженеров воздушного флота, продиктовал свою автобиографию, составил завещание, в котором свою библиотеку отписал Техническому училищу. К концу года частично улучшившееся состояние его здоровья вновь осложнилось, он заболел тифом, перенес второй инсульт.

3 декабря 1920 Советским правительством было издано постановление о назначении Жуковскому персональной пенсии, об освобождении его от обязательного чтения лекций, об установлении ежегодной премии имени Жуковского за лучшие научные труды по математике и механике, об издании собрания его сочинений. В январе 1921 исполнялось 50-летие научно-педагогической деятельности Жуковского. Ввиду болезни празднование юбилея было отложено.

17 марта 1921 Жуковский скончался в санатории «Усово» и был похоронен в Донском монастыре в Москве.