Работа «О газовых струях» является одной из первых работ, знаменующих переход к новой эпохе в механике. В этой работе С. А. Чаплыгин дает решение ряда задач о струйных движениях сжимаемого газа. Основное значение этой работы заключается в том, что в ней даны методы изучения газовых течений со скоростями, близкими к звуковым.

Чаплыгин писал свою знаменитую диссертацию летом 1901 года. В решении такого рода задач в те времена техника особенно не нуждалась. Вопросы сопротивления воздуха, представляющего частный случай газового потока, практиков мало интересовали. Их скорее интересовали бы вопросы сопротивления жидкостей, но и в этой области сделано было очень мало.

Как известно, многие физические законы общи для газов и жидкостей. Но всякий газ, в том числе и воздух, можно сжать движением поршня в цилиндре, как, например, в двигателе дизеля. Жидкости же несжимаемы, и на этом их свойстве основан целый ряд гидравлических машин. Д. И. Менделеев первым пришел к выводу, что данные для сопротивления жидкостей можно применять и к воздушной среде, что «опыты с водою дополняют и дополняются опытами с воздухом». Но он предвидел и то, что с достижением некоторой «критической скорости движения тела в жидкой среде сопротивление всякой жидкости будет возрастать быстрей, чем до этого», то-есть законы сопротивления за пределами этой «критической скорости» окажутся иными, чем раньше.

Бомбардировщик конструкции Петлякова.

Еще до своей диссертации Чаплыгин показал в статье «О некоторых случаях движения твердого тела в жидкости», что воздух можно считать несжимаемым, как жидкость, лишь до тех пор, пока скорость движущегося тела будет значительно меньше скорости распространения звука в атмосфере, то-есть меньше примерно тысячи двухсот километров в час. При скоростях, близких к звуковым, законы сопротивления в газовой среде будут резко отличаться от законов сопротивления в жидкой среде, так как сжимаемость воздуха будет влиять на обтекание и скажется на срыве струй.

После такого вывода Чаплыгин естественно обратился к исследованию тазовых струй, к разработке метода решения задач на сопротивление тела в потоке сжимаемого газа. В своей диссертации он дал гениальное по простоте решение. Оно состоит в том, что если известно решение некоторой задачи теории струй для случая несжимаемой жидкости, то решение аналогичной задачи для газа получится в виде такого же ряда, все члены которого получат некоторые дополнительные множители.

Сейчас, когда в авиации достигнуты звуковые и сверхзвуковые скорости, а обтекание происходит при «критическом» режиме и часть воздуха движется со скоростью, большей скорости звука, нет надобности объяснять колоссальное значение работы Чаплыгина. Но кто мог оценить эту работу сорок лет назад, когда самолеты еще не поднимались в воздух и не было ни одной области техники, которая могла бы воспользоваться гениальным решением молодого ученого?

Докторскую степень Чаплыгину присудили, но из лиц, присутствовавших на защите диссертации, кажется, только один К. А. Тимирязев почувствовал всю глубину мысли докторанта. Человек, одаренный необыкновенной чуткостью в делах науки, первым назвавший И. П. Павлова «великим русским физиологом», Тимирязев, поздравляя Чаплыгина, сказал ему:

— Я не понимаю всех деталей вашего исследования, которое лежит далеко от моей специальности, но я вижу, что оно представляет вклад в науку исключительной глубины и ценности!

Чутье не обмануло Тимирязева. Через сорок лет столь отвлеченная для своего времени работа становится основой при разрешении задач скоростного полета. Эти задачи на наших глазах начал решать достойный преемник Жуковского и Чаплыгина академик С. А. Христианович. Он полностью решил задачу для самых важных случаев — крыла и тела вращения — и создал теорию скоростного полета, развив идеи, заложенные в работе Чаплыгина.

Говоря о людях, «которые могут полностью понять любое, выраженное в символической форме, сложное соотношение или закон, как соотношение между абстрактными величинами», Джемс Максвелл добавляет: «Такие люди иногда равнодушны к дальнейшему утверждению, что в природе действительно существуют величины, удовлетворяющие этим соотношениям. Мысленная картина конкретной реальности скорее мешает, чем помогает их рассуждениям».

Именно таким человеком и был Чаплыгин.

— Удивляюсь, как это люди могут выдумывать такие вещи, — сказал он однажды, осматривая остроумный прибор, показывавший не только непосредственные данные испытаний в аэродинамической трубе, но и готовый коэффициент к теоретическому расчету сопротивления.

Удивляясь искусству практиков механики, Чаплыгин в то же время почти каждой своей работой освещал неясные стороны загадочных явлений, с которыми они сталкивались. Он не только, совместно с Жуковским, создал циркуляционную теорию и вывел формулы для подъемной силы, но указал и многочисленные типы крыльев, для которых задача вычисления подъемной силы решается до конца.

Совместная работа Жуковского и Чаплыгина в деле, имевшем такое колоссальное значение для мировой авиации, чрезвычайно интересна и сама по себе. Приведем один эпизод, характеризующий творческую сущность двух ученых, необыкновенно дополняющих один другого.

В конце 1909 года Жуковский делал доклад «О причинах образования подъемной силы крыла самолета» на очередном съезде естествоиспытателей. На докладе присутствовал и Чаплыгин.

Жуковский объяснил, как возникает подъемная сила крыла, и вывел формулу, позволяющую рассчитывать силы, действующие на крыло. Но в эту формулу входила «циркуляция скорости» — величина, определить которую, по мнению докладчика, можно было только путем сложных и громоздких экспериментов.