Вопрос об учете сжимаемости жидкости при ее движении лишь за последние годы приобрел исключительную важность в связи с громадным ростом авиационной техники. Дело в том, что при увеличении мощности современных моторов окружная скорость пропеллера превышает звуковую. Проблемы овладения стратосферой, а затем и космосом также выдвинули вопрос об увеличении скоростей, а все это вместе взятое заставило аэродинамиков изучать проблемы движения с большими скоростями, что необходимо влечет за собой учет сжимаемости среды.
В этом отношении докторская работа С. А. Чаплыгина является фундаментальной, непревзойденной работой по этому вопросу, значительно опередившей мировую науку.
В 1932 году в докладах Французской академии было опубликовано изложение этого исследования русского ученого и отмечены содержащиеся в нем ценнейшие научные выводы, впервые так четко и обоснованно сформулированные.
В 1935 году, с 30 сентября по 6 октября, в Вечном городе — Риме происходил Всемирный конгресс, посвященный вопросам больших скоростей в авиации. Конгресс был созван Академией наук Италии, основанной знаменитым Александром Вольта. С докладами выступали видные европейские ученые, в том числе Прандтль, Карман, Тейлор, Феррари, Пистоле и многие другие.
И в Риме исследования Чаплыгина были признаны крупнейшим вкладом в мировую науку, и без ссылок на работу русского ученого не обходился ни один докладчик.
И в последующие годы внимание к диссертации русского ученого не уменьшалось. В 1944 году, во время войны, в связи с появлением реактивных двигателей и ракетного оружия, в Соединенных Штатах Америки специальный журнал «Технические записки» полностью опубликовал работу Чаплыгина на английском языке.
В Советском Союзе, как и за рубежом, многие работы посвящались решению задач на обтекание газом с дозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями.
Затем стали приобретать большое значение и вопросы, связанные с движением тел в воздухе со скоростями, превышающими границу, указанную С. А. Чаплыгиным. Для исследования движений со скоростями, приближающимися к скорости звука, требуются уже совершенно иные методы, относящиеся к области так называемой газовой динамики.
В условиях, когда на крыле и других частях самолета появляются зоны сверхзвуковых скоростей, при наличии в других местах поверхности самолета скоростей дозвуковых, мы имеем дело с так называемой смешанной задачей. Методы решения основных дифференциальных уравнений газовой динамики, применяемые для дозвуковых скоростей, не годятся для сверхзвуковых скоростей, и наоборот.
Понадобилось проникнуть в характер обтекания газового потока на больших скоростях, потребовалось решить ряд задач, определяющих движение воздушного потока при таких скоростях.
Задачи эти начал решать на глазах Чаплыгина академик Сергей Алексеевич Христианович.
Представитель нового поколения русских аэродинамиков, С. А. Христианович окончил лишь в 1929 году физико-математический факультет Ленинградского университета. Некоторое время он работал в различных областях прикладной математики и по гидравлике открытых русел. В этой области им решены очень важные для техники задачи. С рукописью статьи «Волны в тоннеле» в 1936 году молодой ученый пришел в президиум Академии наук СССР и, разыскав кабинет члена президиума С. А. Чаплыгина, несмело постучал в дверь, а затем, услышав ответ, едва слышный из-за двери, вошел.
За большим столом, прямо против двери, наклоняясь очень близко к столу, с пером в руке, перед ворохом бумаг сидел величественный и суровый человек. У Сергея Алексеевича были разные глаза, я когда он писал, то усаживался за столом не как все, а принимая свою особенную позу, позволявшую ему видеть разными глазами без очков, как одинаковыми. Эта особая, не как у всех, поза за столом, как и своеобразно прекрасное лицо его, создавали неповторимую внешность и величественность.
Чаплыгин заговорил с посетителем просто, лаконично и твердо. Так вступают в разговор руководители больших учреждений, имеющие дело со множеством людей неодинаковых положений, разного возраста, противоположных характеров.
Молодой ученый, почти благоговейно приблизившийся к столу, с некоторой торопливостью назвал себя я положил на стол рукопись.
— Не сочтете ли вы возможным представить мою работу для опубликования в «Известиях Академии наук»?
Сергей Алексеевич молча взял рукопись и, быстро просмотрев несколько страниц спереди, в середине и в конце, ответил:
— Толково сделано. Представлю.
И начал расспрашивать о ленинградцах, которых знал, о намерениях молодого ученого в будущем, спросил, что тот собирается делать. Когда Христианович назвал несколько тем, интересующих его, Чаплыгин напомнил:
— Только те работы имеют смысл, которые проясяяют явления природы. Механика — это философия природы!
Статья Христиановича появилась в «Известиях Академии наук» и обратила на себя внимание инженерных кругов. Простые и точные решения и методы расчета, предложенные Христиановичем, приняли строители гидростанций. В частности, они легли в основу расчетов при проектировании таких гидростанций, как Ангарская, Иртышская, Куйбышевская…
Через год молодой ученый по приглашению Чаплыгина вошел в коллектив аэродинамиков ЦАГИ и начал работать в области газовой динамики. Докторская диссертация Чаплыгина «О газовых струях» стала настольной книгой ученого. Он видел, что в этой удивительной работе автор указывает методы изучения газовых течений со скоростями, близкими к звуковым. Развитие заложенных в работе Сергея Алексеевича идей позволило Христиановичу решить основные вопросы, связанные с расчетом крыла при дозвуковых скоростях, граничащих с звуковыми.
Человек быстрого и смелого ума, исследователь с прирожденной способностью шагать через затруднения, Христианович уже первой своей работой по газовой динамике оставил позади все сделанные до него попытки решить задачу об обтекании тела газовым потоком при большой дозвуковой скорости. Он полностью решил задачу для крыла самолета и создал теорию скоростного полета, имеющую огромное практическое значение.
За эту работу комиссия под председательством С. А. Чаплыгина присудила С. А. Христиановичу вторую премию имени Н. Е. Жуковского.
Работа молодого советского ученого была опубликована годом позже, в 1940 году, под названием «Обтекание тел газом при больших дозвуковых скоростях». С. А. Христианович дал вывод новых дифференциальных уравнений движения газа, близко примыкающих по типу к уравнениям Чаплыгина, но более простых и удобных для практического использования. В этой статье Христианович показал, как с помощью выведенных им уравнений можно рассчитывать плоский дозвуковой газовый поток вокруг крыла и симметрично-осевой поток около тела вращения, такого, как фюзеляж, снаряд. Для авиации это было очень важно.
Не ограничиваясь исследованием дозвуковых скоростей, Христианович стал изучать и практический режим перехода от дозвуковых скоростей к сверхзвуковым при обтекании крыла. При скоростях, близких к звуковым, на крыле самолета появляются воздушные потоки, в которых скорость будет уже сверхзвуковой, и весь характер явления обтекания меняется.
В результате оригинальной трактовки всего явления в целом Христианович дал метод расчета лобового сопротивления, которое данное крыло испытывает в воздухе при больших скоростях, и скорости, достижимой для самолета.
Правильность теории подтвердилась экспериментальной проверкой, и теоретические результаты немедленно и прочно вошли в практику. Заметим, что работа Христиановича имела еще и ряд других практических следствий. В частности, она позволила обосновать новые нормы прочности самолетостроения больших скоростей.
Метод, разработанный С. А. Хрястиановичем, был немедленно использован в работах научного коллектива ЦАГИ для изучения обтекания применяемых в самолетостроении авиационных профилей при больших скоростях.