Сергей Алексеевич Чаплыгин
Сергей Алексеевич Чаплыгин (1869-1942) — российский ученый, один из основоположников аэродинамики, академик АН СССР (1929), Герой Социалистического Труда (1941). Труды по теоретической механике, гидро-, аэро- и газовой динамике. Совместно с ученым Николаем Егоровичем Жуковским участвовал в организации Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ, 1918, в 1921-41 научный руководитель).
Сережа Чаплыгин родился 5 апреля 1869 года в Рязанской губернии в городе Раненбурге. Его отец, Алексей Тимофеевич, служил продавцом в лавке, а мать, Анна Петровна, красивая и добрая женщина, вела домашнее хозяйство. Родители жили дружно, но семейное счастье продолжалось недолго. Когда Сереже было два года, отец умер от холеры, свирепствовавшей тогда в тех местах.
Через некоторое время, по настоянию родителей, Анна Петровна вышла вторично замуж и переехала вместе с сыном в Воронеж, где на кожевенной фабрике работал ее новый муж Семен Николаевич Давыдов.
Сережа рос вдумчивым, не по летам серьезным мальчиком. Он рано научился читать и считать, с удовольствием помогал матери по хозяйству. Отчим к пасынку относился хорошо. Узнав о том, что мать хочет дать сыну образование, он привел в дом знакомого семинариста, который взялся подготовить Сережу к поступлению в гимназию, и мальчик выдержал вступительные экзамены. Помогли выдающиеся способности и блестящая память.
Давыдов оказался плохим семьянином и оставил Анну Петровну одну с пятью детьми на руках. На старшего Сергея легли дополнительные заботы. После занятий в гимназии он бежал домой помогать матери по хозяйству, а затем отправлялся давать уроки. Сергей учился на отлично, все знали о его необычайных способностях и приглашали заниматься со своими отстающими детьми. Сергей учил сыновей зажиточных горожан математике, немецкому и греческому языкам, латыни. В тринадцать лет он стал кормильцем семьи.
Окончив в 1886 году гимназию с золотой медалью, Сергей Чаплыгин поступает на физико-математический факультет Московского университета. Он прилежно занимается, не пропускает ни одной лекции, хотя ему по-прежнему приходится давать частные уроки, чтобы заработать себе на жизнь. Большую часть денег он посылает матери в Воронеж.
Сергей живет впроголодь, часто у него нет даже трех копеек на конку, и на уроки из конца в конец Москвы приходится добираться пешком, но он не жалуется, а настойчиво овладевает науками. Лучше всего он знал свои любимые предметы — математику, физику, астрономию, механику. Их ему читали такие известные ученые, как Б.К. Млодзеевский, Александр Григорьевич Столетов, Ф.А. Бредихин, Н.Е. Жуковский. Поступая в университет, Сергей думал специализироваться по чистой математике, но под влиянием лекций профессора Жуковского увлекся механикой.
Николай Егорович Жуковский сразу обратил внимание на блестящие способности Сергея Чаплыгина, с которым он встречался на лекциях. По совету любимого профессора Сергей Чаплыгин начинает свой первый научный труд по гидродинамике «О движении тяжелых тел в несжимаемой жидкости». Это исследование, представленное в 1890 году Чаплыгиным в качестве дипломной работы, было награждено университетом золотой медалью. По предложению Жуковского Сергей Чаплыгин был оставлен в университете для подготовки к профессорскому званию. Ему была назначена стипендия в размере пятидесяти рублей в месяц. Так, первый научный труд Чаплыгина определил его дальнейшую жизнь.
Работая над диссертацией, С. Чаплыгин одновременно начинает вести преподавательскую работу. Вначале с 1893 года в качестве учителя физики в одном из средних учебных заведений Москвы, а с 1894 года он становится приват-доцентом Московского университета.
Происходят изменения и в личной жизни Сергея Алексеевича. Осенью 1894 года он женится на своей квартирной хозяйке Екатерине Владимировне Арно. 3 августа 1897 года у них родилась дочь Ольга.
Вторая научная работа молодого ученого «О некоторых случаях движения твердого тела в жидкости», опубликованная в 1897 году, была защищена им в следующем году в качестве магистерской диссертации. В ней Сергей Чаплыгин дал геометрическую интерпретацию законов движения твердых тел в жидкости, найденных ранее в аналитической форме некоторыми русскими и иностранными исследователями. Жуковский оценил работу Чаплыгина как классическую.
Много внимания Сергей Алексеевич уделял работе со студентами. В разное время он преподавал во многих московских высших учебных за ведениях: университете, высшем техническом, инженерном и коммерческом училищах, лесном и межевом институтах, на высших женских курсах, организатором и директором которых он был в 1905—1918 годах. Им написаны учебники «Механика системы» (1905—1907) и «Пропедевтический курс механики» (1915) для втузов и естественных факультетов университетов.
С.Чаплыгин продолжает вести большую научную работу. Его интересует движение твердых тел по шероховатой поверхности. В результате появляются два исследования: «О движении тяжелого тела вращения на горизонтальной плоскости» и «О некотором возможном обобщении теоремы площадей с применением к задаче о катании шаров», за которые в 1900 году Сергей Алексеевич Чаплыгин награждается Петербургской академией наук почетной золотой медалью.
На рубеже веков С.А. Чаплыгин начинает заниматься струйными течениями в несжимаемых, а затем и в сжимаемых жидкостях. В 1895 году он делает доклад «О движении газа с образованием разрыва» на заседании Московского математического общества, а в 1903 году защищает докторскую диссертацию «О газовых струях», в которой был предложен метод исследований струйных движений газа при любых дозвуковых скоростях.
Коротко суть работы «О газовых струях» в следующем. Когда тело движется в потоке воздуха, то оно испытывает аэродинамическое сопротивление. Это сопротивление тем больше, чем больше скорость перемещения. Сергей Чаплыгин показал, что для скоростей движения, не превышающих 100 /, аэродинамическое сопротивление пропорционально квадрату скорости. Если скорость приближается к скорости звука (в воздухе она примерно равна 331 /), то для нахождения величины лобового сопротивления необходимо решить еще одно дифференциальное уравнение, которое теперь называется уравнением Чаплыгина. Эффективность предложенного ученым способа расчета плоских газовых потоков и сделала эту работу наиболее выдающимся исследованием по газовой динамике за полвека ее развития.
Эта работа стоит особняком в творчестве ученого, и судьба ее необычна. Она долго оставалась непонятой и не оцененной современниками. В то время, когда авиация делала свои начальные шаги, ученый писал о движении со скоростями, близкими к скорости звука. Кроме того, работа была написана кратко, сжато, и понять ее было трудно.
Но недаром говорят, что нет ничего более практичного, чем хорошая теория. В 1935 году в Риме на конференции по большим скоростям в авиации иностранные ученые познакомились с работой Сергея Чаплыгина и назвали ее лучшим по точности, оригинальности и изяществу метода исследованием в области газовой динамики. Через сорок лет после появления работы Чаплыгина самолеты стали летать со скоростями, близкими к скорости звука. Для инженеров, конструкторов и разработчиков авиационной техники труд ученого стал настольным справочником.
Вскоре после защиты докторской диссертации Чаплыгин был избран профессором Московского университета.
В 1910 году ученый выступил на заседании Московского математического общества с докладом, в котором показал, как можно подсчитать циркуляцию при обтекании крыла потоком воздуха. Таким образом, если Жуковский сделал первый фундаментальный шаг в объяснении возникновения подъемной силы крыла самолета, то Чаплыгин сделал второй фундаментальный шаг, показав, как можно вычислить реальную подъемную силу крыла самолета.
В 1911 году в Московском университете произошли студенческие волнения. Они были жестоко подавлены тогдашним министром просвещения Львом Аристидовичем Кассо. В знак протеста против расправы над студентами из университета ушли все лучшие профессора и преподаватели, в том числе и Чаплыгин.
После Великой Октябрьской социалистической революции Сергей Алексеевич вернулся в университет. Было трудное время. Трамваи не ходили, и на занятия профессора и студенты добирались пешком. Здание университета не отапливалось, и в аудиториях все сидели в пальто и шапках. Но, несмотря на эти трудности, жизнь университета шла своим обычным порядком. Преподаватели в точно назначенное время входили в аудитории и начинали занятия с немногочисленными тогда студентами.
Помимо преподавания в университете Сергей Алексеевич Чаплыгин продолжает заниматься исследовательской работой. С 1918 года он участвует в работе Комиссии особых артиллерийских опытов при Главном артиллерийском управлении и в работе Научно-экспериментального института путей сообщения.
Стране Советов нужны самолеты, ив 1918 году в Москве организуется Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ). Директором назначают Жуковского, который привлекает к работе Чаплыгина. Николай Егорович поручает ему руководить филиалом ЦАГИ в Кучино под Москвой. К сожалению, их сотрудничество в ЦАГИ продолжалось недолго. В 1921 году «отец русской авиации» умирает, и главным научным руководителем и председателем коллегии ЦАГИ становится Чаплыгин.
Здание Аэрогидродинамического института еще не закончено, и Сергей Алексеевич много времени проводит на стройке. Под его руководством создаются различные лаборатории для испытаний, конструкторское бюро и даже опытный завод, на котором можно было строить самолеты. Одновременно он ведет большую научную работу. В это время им написаны исследования: «К общей теории крыла моноплана» (1920), «Схематическая теория разрезного крыла» (1921), «О влиянии плоскопараллельного потока воздуха на движущееся в нем цилиндрическое крыло» (1926).
Еще в 1914 году Сергей Чаплыгин выполнил исследование «Теория решетчатого крыла», которое также на десятилетия опередило свое время. В нем Чаплыгин пришел к парадоксальному на первый взгляд выводу: крыло в виде жалюзи обладает большей подъемной силой и более устойчиво в полете, чем сплошное крыло такого же размера.
Это был существенный вклад в теорию крыла аэроплана. Кроме того, работа Чаплыгина имела также значение для теории гидравлических машин. Президент Академии наук СССР Мстислав Всеволодович Келдыш так оценивал ее:
«Теория решетчатого крыла», в которой заложены основы теории обтекания решеток циркуляционным потоком, является базой для расчета винтов, турбин и других гидравлических машин».
В работе «Схематическая теория разрезного крыла» (1921) Чаплыгин продолжает размышлять над проблемой составного крыла и указывает, как можно улучшить аэродинамические качества крыла, увеличить его подъемную силу. Если крыло в форме дуги окружности разрезать на две части и раздвинуть их надлежащим образом, то подъемная сила такого разрезного крыла будет больше.
В 1931 году Чаплыгин вместе со своим учеником Николаем Сергеевичем Аржаниковым написал работу «К теории открылка и закрылка», как бы завершающую эту тему. В чем была ценность этих работ? Чем меньше скорость самолета, тем легче ему совершить посадку, тем она безопаснее. Отсюда желание — летать с большой скоростью, а садиться с малой. Но небольшая скорость — это малая подъемная сила. При недостаточной же подъемной силе самолет может упасть на землю и разбиться. Следовательно, надо увеличивать скорость, чтобы самолет держался в воздухе- Получается замкнутый круг. Работы Чаплыгина помогли разорвать этот круг.
Крылья современных самолетов имеют предкрылки и закрылки. Выпуская их, летчик увеличивает подъемную силу на 20, 50 и более процентов, что позволяет ему садиться на полосу с меньшей скоростью.
Интересно, что эта работа делалась тогда, когда ни один самолет не имел составных крыльев. В них не было необходимости, так как посадочные скорости были невелики. С ростом скорости полета стала расти и посадочная скорость. Теперь все современные самолеты имеют крылья с управляемыми закрылками и щитками, которые позволяют, не уменьшая скорости полета, уменьшать посадочную скорость самолета. Сергей Алексеевич в своих трудах, как всегда, шел впереди современной ему техники.
Решетчатые крылья сегодня установлены на космическом корабле «Союз» (это элемент аварийного спасения кабины с космонавтами), на судах с подводными крыльями, на морских кораблях для стабилизации их во время качки. Теперь составные и решетчатые крылья — это обычный элемент многих транспортных систем.
Научная деятельность Сергея Чаплыгина выдвинула его на одно из первых мест среди ученых Советского Союза, и в 1926 году он был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, а 12 января 1929 года - академиком.
Огромная административная работа, которую вел Чаплыгин как директор-начальник ЦАГИ, отнимала много сил, и в 1931 году ученый попросил освободить его от занимаемой должности по состоянию здоровья. Просьба была удовлетворена, но работу в ЦАГИ Чаплыгин продолжал до последних дней жизни. Он был начальником общетеоретической группы ЦАГИ, а с 1940 года возглавлял аэродинамическую лабораторию, которая теперь носит его имя. В любую погоду, несмотря на старческие недомогания, в положенное время он приходил в лабораторию, показывая своим молодым коллегам пример истинного служения науке. Сотрудники отмечали его справедливость, строгость и доброту.
В 1933 году Сергей Чаплыгин был награжден орденом Ленина, а в феврале 1941 года ему было присвоено высокое звание Героя Социалистического Труда.
Когда началась война, Сергею Алексеевичу предложили уехать из Москвы, но он отказался. В октябре 1941 года фронт близко подошел к столице. Было принято решение перебазировать ЦАГИ на восток. Вместе с институтом в Новосибирск уехал и Чаплыгин. На новом месте он возглавил работу по созданию филиала ЦАГИ. Каждый день на строительной площадке можно было видеть престарелого ученого, отдающего четкие и ясные распоряжения.
Сергей Чаплыгин умер в Новосибирске 8 октября 1942 года, не дожив до Победы, в которую свято верил и для которой самозабвенно трудился. Последние написанные им слова были: «Пока есть еще силы, надо бороться... надо работать».
