Борис Юрьев — русский гений несущего винта
10 ноября исполнилось 135 лет со дня рождения Бориса Николаевича Юрьева. Его имя хорошо знакомо всем, кто так или иначе связан с вертолетостроением в нашей стране и за ее пределами. Так случилось, что ни в одном наименовании винтокрылой машины нет инициалов этого выдающегося ученого, но в каждом современном вертолете живут его идеи, изобретения и научные открытия.
Борис Юрьев — выдающийся русский ученый-аэродинамик, основоположник и теоретик вертолетостроения, действительный член Академии наук СССР, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, генерал-лейтенант инженерной авиационной службы. Он — признанный автор фундаментальных работ в области вертолетостроения и практической аэродинамики, создатель теории воздушного винта. Человек, являвшийся научным руководителем, учителем и наставником многих наших знаменитых конструкторов винтокрылых машин: Ивана Братухина, Николая Камова, Николая Скржинского, Игоря Эрлиха, Михаила Миля, Марата Тищенко, Сергея Михеева.
Детство и юность
Борис Юрьев родился 10 ноября (по старому стилю 28 октября) 1889 года в Смоленске, в семье офицера-артиллериста Николая Александровича Юрьева. Отец мальчика был человеком высокообразованным, имел несколько привилегий и патентов на изобретения. Николай Александрович много сил и знаний посвятил совершенствованию русской артиллерии. Страсть к технике и неукротимая жажда познания передалась от отца к сыну.
Способности к изобретательству проявились у Бориса Юрьева еще в детском возрасте. После завершения учебы в гимназии мальчик поступает в кадетский корпус, который оканчивает в 1907 году с наградой и похвальным листом. Талант будущего ученого и изобретателя во время обучения в корпусе раскрылся еще больше. За годы учебы Юрьев изобрел и разработал, к примеру, фонический телефон, электрическую пушку и пылесос, названный им тогда «пылевсасывателем».
После окончания корпуса Борис становится студентом Московского высшего технического училища — МВТУ. Здесь он знакомится с «отцом русской авиации» Николаем Жуковским и становится активным участником воздухоплавательного кружка. Встреча с Жуковским стала для Юрьева судьбоносной и определила всю его дальнейшую деятельность. Он принял решение полностью посвятить себя авиации.
Геликоптеры в России
До середины XX века вертолеты в России, да и во всем мире, называли геликоптерами. Вкратце напомним, что геликоптер (впоследствии вертолет) — это летательный аппарат тяжелее воздуха, способный выполнять взлет и посадку вертикально, при помощи винта, расположенного на вертикальной оси. Само название «геликоптер» впервые употребил в своих работах великий итальянский ученый Леонардо да Винчи. Слова «спираль» и «крыло» в его переводе с греческого языка стали звучать как «хеликс» (helix) и «птерон» (pteron). Они и дали название новому типу летательного аппарата.
Геликоптер, как и сама идея взлетать и садиться без разбега и пробега, очень заинтересовала молодого студента Юрьева, причем настолько, что он, совместно с другим таким же студентом и энтузиастом Григорием Сабининым, разработал теорию несущего винта. Работа заслужила высокую оценку. Сам Николай Жуковский назвал ее «теорией несущего винта Юрьева-Сабинина». Под этим названием она существует и поныне, а соавтор Юрьева Григорий Харлампиевич Сабинин впоследствии также стал крупным советским ученым в области аэромеханики.
Студент Б.H. Юрьев у своего геликоптера. 1913 г.
Геликоптерами занимались многие ученые, в том числе и в России. Во многих вопросах теории и практики создания винтокрылых машин русские ученые и изобретатели шли, что называется, «впереди планеты всей». Так, еще в 1870-х годах русский инженер Михаил Рыкачев построил специальный стенд для изучения и измерения подъемной силы воздушного винта, и он же ввел такое важное понятие, как шаг винта. Так называется наклон самой лопасти, угол установки лопастей относительно их продольной оси.
Но еще более важным и фундаментальным стало сделанное Рыкачевым открытие зависимости подъемной силы самого винта от шага его лопастей. При увеличении шага подъемная сила несущего винта возрастает. Следовательно, для перемещения вертолета в нужном направлении необходимо наклонять плоскость вращения самого винта. Но как это осуществить на практике? Как сделать геликоптер-вертолет управляемым и заставить его подчиняться пилоту? Пытались многие, но результат, увы, оказался близок к нулевому. Первые геликоптеры худо-бедно еще могли подниматься в небо, но ни о каком управляемом полете даже речи идти не могло!
Геликоптер Юрьева
В 1909 году Борис Юрьев решает самостоятельно создать управляемый геликоптер, основываясь на разработанной им же совместно с Сабининым теории несущего винта. Сказать, что эта работа была сложнейшей и трудоемкой — значит, не сказать почти ничего! Но молодой студент блестяще справился с этой задачей. Мало того, он попутно изобрел и внедрил на своем геликоптере две важнейшие вещи, без которых и сегодня не обходится практически ни одна винтокрылая машина. Первое — это автомат перекоса, второе — это рулевой винт.
Немного теории. Суть автомата перекоса состоит в следующем: шаг установки каждой лопасти несущего винта должен меняться по мере того, как она совершает полный оборот. Таким образом, подъемная сила лопастей циклически изменялась бы по мере их движения. Как результат, можно сделать так, что задняя часть винта будет создавать бОльшую подъемную силу, чем передняя, и геликоптер полетит вперед. Если наоборот, то — назад. По тому же принципу возможно заставить вертолет полететь влево или вправо.
Испытания одновинтового вертолета системы студента Б.Н. Юрьева во дворе ИМТУ. 1912 г. Фото: библиотека МГТУ им. Н. Э. Баумана
Геликоптер с помощью автомата перекоса Бориса Юрьева становился полностью управляемой, послушной воле своего пилота, машиной. И это несомненная заслуга выдающегося изобретателя и ученого. Более того, и в настоящее время автомат перекоса применяется на вертолетах всех схем и считается самым эффективным средством управления.
К идее рулевого винта Юрьев пришел чуть позже, в 1911 году. Проведя ряд экспериментов, он сделал вывод, что машина может иметь один несущий винт, а чтобы ее фюзеляж не вращало в противоположную сторону, геликоптер нужно оборудовать еще одним, небольшим рулевым винтом, который и будет компенсировать это вращение. Простое и гениальное техническое решение! И это, безусловно, огромное достижение Бориса Юрьева. Сегодня именно схема вертолета с одним несущим и одним рулевым винтом (ее еще называют классической схемой) является доминирующей в мировом вертолетостроении. Более 80% вертолетов во всем мире было построено и строится сейчас именно по данной схеме, предложенной в 1911-12 годах Борисом Юрьевым.
Война, плен, революция и работа в ЦАГИ
28 июля 1914 года грянула Первая мировая война, и Борис Юрьев был призван в армию, даже не успев закончить обучение. Его военная служба началась в Новогеоргиевском крепостном авиационном отряде, ныне это польская крепость Модлин, находящаяся в 30 км от Варшавы. Затем на некоторый срок он был прикомандирован к «Эскадре воздушных кораблей», вооруженной тяжелыми бомбардировщиками «Илья Муромец». Там он исполнял обязанности инженера авиационно-технической службы.
Талант Бориса Юрьева как изобретателя оказался востребован и на войне. В 1915 году он работал в составе специальной комиссии по созданию и применению авиационных зажигательных бомб. В августе 1915 года Новогеоргиевская крепость была окружена и взята немецкими войсками. Вместе с другими солдатами и офицерами русской армии Борис Николаевич попал в плен... Три долгих года провел он в различных концлагерях Польши и Германии. Несмотря на тяжелейшие условия и лишения, он не прекращал своей научной деятельности.
В своей автобиографии он писал: «В плену мне удалось продолжить научную работу: я читал книги, изучал языки, написал несколько книг по теории воздушных винтов и по изысканиям рациональных размеров самолетов. Эти работы удалось вывезти с собою». Сейчас эти конспекты Юрьева с чертежами и графиками находятся в Мемориальном музее Н.Е. Жуковского.
Из германского плена Борис Николаевич вернулся в 1918 году уже в другую страну. Он остался верным своей родине, не помышляя об эмиграции, и принял революцию. Начиналась гражданская война. Однако научная интеллигенция продолжала работу. Борис Николаевич заканчивает прерванное войной обучение в МВТУ и в 1919 году назначается заведующим аэродинамической лабораторией МВТУ. Так начался трудовой путь большого ученого, отмеченный славными победами в области авиационной науки, которой он был предан до конца своих дней.
Осенью того же года молодой инженер-механик Юрьев начал преподавать в недавно открытом Московском авиатехникуме. Позднее он стал преподавателем в МВТУ, а с 1920 года — в основанной Жуковским Военно-воздушной академии, где впоследствии создал кафедру. Одновременно с преподавательской деятельностью, в 1919 году Юрьев начал работать в ЦАГИ (Центральном аэрогидродинамическом институте). Там он возглавил группу, которая стала основой экспериментального аэродинамического отдела. В этом отделе занимались разработкой аэросаней, лыж, винтов, а также проектированием тяжелого самолета «КОМТА». Помимо этого, ученый проектировал будущие лаборатории, аэродинамические трубы и другое оборудование.
Советский винтокрылый рекордсмен
В 1920-х годах молодой ученый Борис Юрьев отметился целым рядом успешных научных работ и выпуском учебников. Продолжалась и его педагогическая деятельность. Современники вспоминали, как умело он читал лекции, как четко излагал мысли, сопровождая их прекрасными рисунками мелом на доске. Кроме того, ученый умел увлекать слушателей. И ему поручили читать студентам, выбиравшим специализацию между третьим и четвертым курсами. Один из студентов того времени вспоминал: «Я увидел человека в кожаной куртке, в солдатских башмаках, с горящими глазами и одухотворенным лицом. Он так умел привлечь на свою сторону, что наша, правда, небольшая, но набитая аудитория встретила его доклад чрезвычайно сочувственно, и большинство из тех, кто слушал этот доклад, стали позднее работниками авиации».
Богатый опыт в области теории, эксперимента и практики расчета воздушных винтов Юрьев подытожил в работе «Воздушные винты», вышедшей в свет в 1925 году в трудах ЦАГИ. Спустя почти десять лет, в 1934 году, появился учебник Б.Н. Юрьева «Воздушные винты», который был принят во всех авиационных вузах страны и до сих пор является настольной книгой многих поколений авиаторов.
По инициативе Бориса Николаевича в 1926 году в ЦАГИ была организована вертолетная группа. Первой работой этой группы стала разработка геликоптера по схеме Юрьева. Вертолет было решено строить одновинтовым с автоматом перекоса и рулевым винтом. Схема была выбрана по результатам исследований, проведенных Борисом Николаевичем. Правда, на первом экземпляре машины решили установить не один, а несколько небольших рулевых винтов. В дальнейшем, по мере изучения, планировалось перейти к одному рулевому винту.
Вертолет ЦАГИ-1ЭА
Вертолет, получивший название ЦАГИ-1ЭА («Экспериментальный аппарат»), был построен в 1930 году. Ведущим конструктором машины являлся Алексей Михайлович Черемухин. Он же стал ее бессменным летчиком-испытателем. По мере освоения летчиком этого аппарата, выявления и изучения его летных возможностей, постепенно шаг за шагом увеличивалась высота полета вертолета и усложнялись производимые на нем эволюции. Особенно успешными были полеты А.М. Черемухина на вертолете ЦАГИ-1ЭА в августе 1932 года. В полете 1 августа наибольшая высота была 160 м, 3 августа — 230 м и 5 августа — 285 м. Наконец, 14 августа 1932 года была достигнута высота 605 м. Для того времени это был не просто выдающийся результат. Это был новый мировой рекорд! И установлен он был советским вертолетом!
Официально зарегистрированный рекорд высоты полета, принадлежавший итальянскому вертолету «Асканио», был всего лишь 18 м. Даже вновь зарегистрированный спустя четыре года (1936 г.) мировой рекорд высоты полета вертолета «Бреге-Доран» составлял всего 158 м. Рекорд ЦАГИ-1ЭА остался не оценен в мире, точнее сказать, о нем просто не узнали. В те годы СССР еще не был участником Международной авиационной федерации и поэтому рекорд зарегистрирован не был...
За первым вертолетом последовали еще две винтокрылые машины — ЦАГИ-3ЭА и ЦАГИ-5ЭА. Дела шли более-менее успешно, и решено было даже сформировать специальное КБ, которое бы занималось именно вертолетной техникой. В силу различных причин это конструкторское бюро удалось создать только в 1939 году. Называться оно стало ОКБ-3.
Одной из основных причин такой временной проволочки явилось чересчур большое увлечение авиаконструкторов и руководства страны автожирами. Хотя справедливости ради стоит отметить, что увлечение автожирами — это общемировая тенденция тех лет. Для справки: автожир — это летательный аппарат, оснащенный несущим винтом, который раскручивается набегающим потоком воздуха и создает тем самым подъемную силу. Это происходит, когда аппарат набирает скорость. Помимо несущего винта, автожир имеет и обычный, тянущий либо толкающий винт с приводом от двигателя. Считалось, что автожир вполне может заменить вертолет, и в создании геликоптеров, якобы, нет необходимости.
Вертолет ЦАГИ-5ЭА
Потребовалось несколько лет, чтобы Борис Николаевич смог убедить и доказать право на жизнь именно вертолетов. Ученый был абсолютно прав. На главную роль со временем вышел именно вертолет, а автожир оказался дополнением к нему! Вертолет оказался в итоге намного перспективнее, чем автожир, масштабы выпуска тех и других совершенно несопоставимы. Вертолетов выпускается гораздо больше, чем автожиров. Время доказало правоту Бориса Юрьева.
Советское «вертолетное» ОКБ-3 первоначально возглавил сам Юрьев, но всего через несколько месяцев из-за большой занятости другой работой он вынужден был оставить дела и передать руководство Ивану Братухину. А Иван Павлович вдруг почему-то решил строить вертолеты не по отработанной Борисом Николаевичем классической, одновинтовой схеме, а по двухвинтовой, поперечной! Возможно, она показалась ему более простой. Но это только на первый взгляд — трудностей и сложностей с поперечной схемой оказалось в итоге намного больше.
Вертолет ЦАГИ-11ЭА конструкции И.П. Братухина с использованием поперечной схемы Б.Н. Юрьева. Фото: библиотека МГТУ им. Н. Э. Баумана
Хотя, в целом, Братухину удалось довести схему «до ума» и построить небольшую серию своих вертолетов, получивших название «Омега», появление вертолетов классической схемы Ми-1 и Як-100 поставило на его КБ крест... Двухвинтовые «Омеги» оказались слишком дорогими в производстве и очень сложными в эксплуатации по сравнению с винтокрылыми машинами классической схемы, спроектированными на базе трудов и исследований Бориса Николаевича Юрьева. Но это все произойдет уже после войны, в конце 1940-х — начале 1950-х годов.
Накануне и во время войны
Незадолго до начала Великой Отечественной войны на пост заместителя народного комиссара авиационной промышленности по опытному самолетостроению был назначен молодой авиаконструктор Александр Сергеевич Яковлев. Одной из важнейших задач, стоявших перед ним, стала задача систематизировать и упорядочить работу многочисленных конструкторских коллективов. Добиться того, чтобы КБ работали в интересах страны, а не по собственному усмотрению.
Ситуация тогда складывалась очень непростая: конструкторы проектировали самолеты каких угодно схем и предназначений, а в ВВС Красной армии остро не хватало современной техники. И это — на пороге войны, которая уже во всю бушевала в Европе! Александр Яковлев обратился за помощью к Борису Николаевичу Юрьеву. Он попросил его, как ученого и выдающегося авиационного инженера, внести ясность и разобраться в этих проектах: какие перспективны, а на какие не стоит тратить драгоценное время и государственные деньги.
В кратчайший срок Юрьев сформировал особую техническую комиссию, возглавил ее и подробно рассмотрел все представленные работы. Отделив, если можно так сказать, зерна от плевел, Борис Юрьев сэкономил сотни тысяч государственных рублей, поддержал и дал путевку в жизнь действительно перспективным проектам боевых и гражданских крылатых машин.
В 1935–1937 годах Борис Николаевич занимал должность главного научно-технического консультанта по проектированию и строительству лабораторий научно-исследовательского сектора ЦАГИ. В 1939 году ему было присвоено звание бригадного инженера, а в 1940 году — звание заслуженного деятеля науки РСФСР. Однако вскоре началась Великая Отечественная война.
Летом 1941 года Юрьев вместе с Военно-воздушной академией был эвакуирован в Свердловск. На новом месте он занимался проектированием и строительством аэродинамической лаборатории, а также научными разработками, направленными на обеспечение обороны. В 1943 году Бориса Николаевича избрали действительным членом Академии наук СССР.
После возвращения в Москву Юрьев активно участвовал в восстановлении и расширении экспериментальной базы. Он завершил работу над трудом «Расчет крыла произвольной формы». В 1948 году была опубликована его книга «Импульсная теория воздушных винтов». Борис Николаевич планировал создать единую теорию, которая охватывала бы самолетные пропеллеры, роторы вертолетов, вентиляторы, ветряные двигатели и турбинные колеса. Однако в процессе работы он обнаружил, что задача намного сложнее, чем предполагалось. Завершить эту теорию ему не удалось.
Работа после войны. Наследие великого ученого
После войны Борис Юрьев занимался новыми вопросами в вертолетостроении. Одной из таких тем стала его работа по тематике скоростных вертолетов, большим сторонником которых он являлся.
С 1952 года по 1957 год Юрьев заведовал кафедрой вертолетостроения в МАИ. В 1953 году его наградили орденом Ленина. На закате своей жизни Борис Николаевич был увлечен идеей создания необычного конвертоплана, или самолета вертикального взлета и посадки, с рядом поворотных электродвигателей вдоль крыльев. С его подачи в 1954 году при МАИ была создана небольшая группа исследователей, разработавшая проект четырехмоторного электроконвертоплана, однако для него еще не существовало достаточно легких и мощных турбогенераторных электростанций.
Фото: библиотека МГТУ им. Н. Э. Баумана
Николаевич Юрьев тихо и скоропостижно ушел из жизни 14 марта 1957 года. Ему шел 68-й год... За свою жизнь Борис Юрьев получил 11 патентов на изобретения и открытия, 2 авторских и 2 охранных свидетельства. Всего им подано свыше сорока заявок на изобретения, написаны десятки научных работ и статей. Его труды по теории воздушного винта, расчету крыльев, практическому вертолетостроению изучаются в авиационных и авиационно-инженерных вузах по сей день. Уже после смерти, в 1961 году, вышли в свет его «Избранные труды» в двух томах. В Смоленске, родном городе ученого, именем Бориса Юрьева названа одна из улиц. Память о великом создателе, инженере, пионере мирового вертолетостроения живет в каждой винтокрылой машине, поднимающейся в небо.
Закончить рассказ о великом человеке нашей страны хотелось бы его собственными словами, которые звучат сейчас как напутствие и обращение к нам — ученикам, последователям и потомкам Бориса Николаевича Юрьева: «Дальнейший прогресс зависит целиком от вас: какими будете вы — такой будет и авиация. Если хотите, чтобы прогресс авиации был непрерывным, вы должны ежедневно, ежечасно пополнять свои знания. Остановились на мгновение — и вы отстали. Вы, как губка, должны впитывать все новое и передовое».