Интересно, что за границей сходные теории появились только к 1920 году. В России эта теория, названная импульсной, получила дальнейшее развитие в ряде работ Г.Х. Сабинина, В.П. Ветчинкина, Г.И. Кузьмина, В.Л. Александрова. Этот теоретический прорыв позволил Б.Н.Юрьеву рассчитать двухлопастный винт к проекту своего геликоптера одновинтовой схемы, на который была сделана патентная заявка и получена охранная грамота № 45212.
В апреле 1911 года Б.Н. Юрьев выступил на Первом воздухоплавательном съезде в Петербурге с докладом «Критика прежних систем геликоптеров и описание нового геликоптера системы автора» (рис. 2). Позднее Юрьевым был предложен новый проект геликоптера (тип II) с одним «малым» винтом и автоматом перекоса, который явился прототипом современных вертолетов одновинтовой схемы (рис. 3).
Таким образом, 1911 год можно считать началом истории вертолетов, поскольку на вооружении инженеров-исследователей были надежная теория воздушного винта, хорошая лабораторная база Московского университета, МТУ и Кучинского аэродинамического института, а также практический опыт создания проектов первых реальных вертолетов. До этого времени развитие вертолетной мысли, по выражению Юрьева, «шло по пути голого изобретательства, граничащего с авантюризмом». Примером тому может служить скандальная история со строительством геликоптера В.В. Татаринова в 1909–1910 годы. Получив от военного ведомства немалые средства на строительство вертикально взлетающего аппарата заведомо порочной конструкции, изобретатель, не справившись с поставленной задачей, нанес большой вред идее геликоптера, подорвав у правительственных кругов веру в возможность создания этих аппаратов. Поэтому в работах по истории вертолетостроения период развития вертикально взлетающих аппаратов до 1911 года Б.Н. Юрьев называет предысторией вертолета.
В конце 1912 года в Московском математическом обществе Н.Е. Жуковский сделал доклад о вихревой теории винта. Как отмечал Юрьев, в дальнейшем много занимавшийся вихревой теорией, «…был сделан огромный шаг вперед в развитии этого труднейшего вопроса теоретической аэродинамики и всей авиации в целом. Все теории как бы были поглощены этой замечательной теорией, навсегда вошедшей в сокровищницу русской научно-технической мысли».
Последующие два года учебы в МТУ были посвящены строительству натурного геликоптера по типу II и разработке многовинтовой схемы геликоптера. Однако наступил 1914 год, началась Первая мировая война.
Войну Борис Николаевич встретил в Польше, в Новогиреевской крепости. В августе 1915 крепость была окружена и взята немцами. Юрьев вместе с группой офицеров попал в плен. Три долгих года плена в различных концлагерях Польши и Германии. 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 в другую страну. Начиналась гражданская война. Однако научная интеллигенция продолжала работу. В 1919 году по окончании училища Юрьев был назначен 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.
Учитывая потребности практики, Юрьев сосредоточил свои силы не столько на развитии теории, сколько на разработке методов расчета винтов, так необходимых при их проектировании. Он является автором множества оригинальных методов и приемов расчета аэродинамических и геометрических характеристик винтов. Для сокращения трудоемких вычислительных работ он отдает предпочтение графоаналитическим методам, которым посвящена небольшая книга «Графоаналитический способ расчета гребного винта», изданная им в 1922 году.
Рис. 2. Схема одновинтового геликоптера с двумя рулевыми винтами (чертеж из патентной заявки № 45212 Б.Н.Юрьева, 1910 г.)
Рис. 3. Одновинтовой вертолет продольной схемы с рулевым винтом и автоматом перекоса (прообраз современных одновинтовых вертолетов) Чертеж взят из листовки Б.Н. Юрьева, датированной 5 мая 1911 года
В те годы имела наибольшее распространение вихревая теория воздушных винтов Н.Е. Жуковского, получившая развитие в работах В.П. Ветчинкина. Ближе всего к ней стояла импульсная теория петроградского профессора Г.А. Ботезата, который ввел в теорию Сабинина-Юрьева закручивание потока за винтом.
Следует отметить, что вплоть до 1922 года в расчеты крыльев не вводился учет индуктивного скоса потока. Использование в расчетах винтов характеристик крыльев конечного удлинения приводило к завышению индуктивных потерь винта. В испытаниях такие винты оказывались «затяжеленными» (не развивали расчетного числа оборотов). Только после знакомства с работами Прандтля об индуктивном сопротивлении крыла в расчет винта стали вводиться характеристики крыла, пересчитанные на бесконечное удлинение. При этом обнаружилось, что в испытаниях расчетные винты оказывались несколько «облегченными».
Юрьев правильно установил причину этого явления, указав на то, что винты рассчитываются по дисковой теории, которая предполагает у винта бесконечно большое число лопастей. Дисковая модель на каждом радиусе винта дает среднее по окружности значение индуктивной скорости, тогда как ее истинное значение на самой лопасти может быть заметно выше. В 1923 году Юрьев предложил новую теорию, назвав ее относительной (сейчас она называется лопастной), в которой используется исходная реальная вихревая модель винта, предложенная Н.Е. Жуковским (рис. 4).
В этой теории компоненты индуктивных скоростей выражаются через «неберущиеся» интегралы, названные Юрьевым винтовыми функциями (рис. 5). Для их вычисления Юрьев предложил простой графический метод. Краткое изложение относительной теории винтов появилось во многих зарубежных журналах.
К сожалению, из-за недостатка технических работников вычислительные работы не были доведены до конца. Позднее в Японии фактически тем же графическим методом эти вычисления были выполнены профессором Томасом Морийя, однако без ссылки на Б.Н.Юрьева.
Богатый опыт в области теории, эксперимента и практики расчета воздушных винтов Б.Н. Юрьев подытожил в работе «Воздушные винты», вышедшей в свет в 1925 году в трудах ЦАГИ. 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 работников авиации.
Занимаясь педагогической деятельностью в ВВИА им. Н.Е. Жуковского и МАИ, Б.Н. Юрьев часто сталкивался с большими трудностями в изложении слушателям сложных математических моделей вихревой теории винта. Поэтому в 1947 году появилась его работа «Вихревая теория винтов», где в простой, но строгой форме исходя из теорем гидромеханики о вихрях излагались все нужные для расчетов формулы. В работе обобщены различные случаи работы винтов: соосные винты, контрпропеллеры, осевые вентиляторы, ветряные двигатели.
В 1948 году Б.Н. Юрьев выпустил монографию «Импульсная теория винтов», в которой изложен доработанный вариант теории Юрьева-Сабинина с учетом скоростей закручивания потока и большими приложениями к практическому расчету винтов. В предисловии к книге Юрьев писал о том, что импульсная теория сейчас незаслуженно забыта, хотя она по точности нисколько не уступает вихревой теории и вместе с тем значительно проще ее. Единственный недостаток — невозможность учета разрежения в уходящей струе — компенсировался возможностью учета влияния профильного сопротивления лопастей на закручивание потока за винтом, что невозможно сделать в рамках вихревой теории. Б.Н. Юрьев не остановился на этом и до последних дней жизни работал над усовершенствованием своей теории. Уже после смерти в его архивах нами была найдена рукопись неопубликованной статьи, в которой излагалась последняя редакция теории. В ней учитывались не только давления в струе, но и ее нелинейность. Эта статья включена в «Избранные труды» Б.Н. Юрьева под названием «Уточнение импульсной теории».