El ser humano es 72 veces más débil que un ave en relación con el peso de sus músculos. Se sabe que los músculos pectorales de un ave representan entre el 25 y el 30 por ciento de su peso total, mientras que los músculos pectorales del ser humano pesan menos del uno por ciento con respecto a su peso total. Sin embargo, creo que el hombre volará basándose no en la fuerza de sus músculos, sino en la fuerza de su razonamiento, decía en 1898 uno de los más grandes diseñadores de la aviación ruso-soviética, el ingeniero Nikolái Yegórovich Zhukovski, primer científico en explicar matemáticamente el origen y fuerza de elevación del ala de un avión. Hoy se sabe que el método que determina esta fuerza, así como la circulación del aire alrededor del ala de un avión (hipótesis de Zhukovski o Joukowski), es la base de la aerodinámica teórica actual. 

En 1891 este ingeniero publicó su artículo Planeo del ave, donde analizó el vuelo flotante de las aves, en el cual éstas no agitan sus alas. El artículo tuvo impacto en Rusia y Europa, porque fue la primera vez que se demostró matemáticamente cómo una aeronave podía mantenerse en el aire. En este trabajo se expone la ecuación del movimiento del centro de gravedad del ave, misma que ayuda a determinar la trayectoria del vuelo. Una de esas trayectorias es la looping, una maniobra en la que los aviones trazan un vuelo casi circular y cerrado en un plano vertical. La ecuación también sentó las bases para el estudio de los llamados movimientos phugoid, es decir, un movimiento en el cual la aeronave se inclina hacia arriba y asciende, o bien, hacia abajo y desciende.

El interés de Zhukovski en la teoría de la aviación comenzó un año antes, en 1890, cuando en el departamento de mecánica aplicada de la Universidad Estatal Lomonósov de Moscú comenzaron a realizarse investigaciones sobre varios modelos de navegación aérea. Su participación activa en los congresos y exposiciones aeronáuticos, así como en la organización de la sociedad aeronáutica de Moscú hizo que apareciera un área completamente nueva del conocimiento humano: la aerodinámica teórica y experimental, que guía todavía hoy a los científicos e ingenieros del mundo.

La necesidad de impulsar el desarrollo de la aviación hizo que en Moscú se crearan dos laboratorios la aerodinámica: el primero de 1904 a 1906 en Kuchino, un pueblo ubicado en el sur de Moscú; el segundo, en la primavera de 1909, creado por el círculo aeronáutico de la actual Universidad Técnica Estatal Bauman de Moscú con la participación directa de Nikolái Yegórovich. En estos laboratorios el ingeniero ruso se centró en estudiar el ala del avión del Otto Lilienthal y en 1911 demostró que la placa curva diseñada por aquel ingeniero alemán ofrecía mayor fuerza de elevación comparada con la plana. A raíz de esta publicación, fueron obtenidos nuevos métodos que ayudaron a determinar la fuerza de elevación y posición del centro de presión del ala, lo que contribuyó al cálculo de la estabilidad de la aeronave. Zhukovski enfatizó la importancia del experimento en la aeromecánica.

Decía que el problema de la aviación, a pesar de los brillantes éxitos logrados en su resolución, aún contenía muchas incógnitas y que para resolverlas era necesario que el país invirtiera en recursos materiales. Dichos sueños se cumplieron después de la Revolución de Octubre de 1917, pues el 15 de diciembre de 1918 fue creado el Instituto Central Aero-Hidrodinámico, actualmente el mayor centro de investigaciones científicas en Rusia (ver el libro Gente de la ciencia rusa, de Iván Vasílievich Kuznetsóv).

La solución al problema de elevación del ala de un avión trajo como consecuencia el desarrollo de los rotores (partes giratorias de una máquina eléctrica o turbina). A principios del siglo XX comenzaron los experimentos para obtener un “rotor óptimo” por parte de las escuelas de investigación europeas (inglesa, rusa y alemana), destacándose en este ámbito las escuelas rusa y alemana: la primera encabezada por Zhukovski y su alumno Vladímir Petróvich Vetchinkin; y la segunda por Ludwig Prandtl y su discípulo Albert Betz. Ambas instituciones crearon de forma independiente la teoría del impulso para calcular las palas del rotor y la teoría del disco poroso de impulso, que permite la entrada del viento y lo convierte en energía cinética.

El libro Development of the optimum rotor thoeries on the 100th Anniversary of Professor Joukowsky’s vortex theory of screw propeller, de Valéry Leonídovich Ókulov y otros autores (uno de los pocos libros traducidos al inglés sobre las aportaciones de Zhukovski) contiene información valiosa que quiero compartir con usted, estimado lector. Desde 1898, el ingeniero ruso vislumbraba la construcción de laboratorios de gran alcance, pues en ese año publicó su artículo Sobre hélices con forma de alas donde discutía la posibilidad de crear aviones más pesados ​​que el aire y sugería equiparlos con alas batientes para que hicieran un vuelo similar al de las aves. En 1906 publicó un breve artículo Acerca de los vórtices ligados, donde expuso el principio de la elevación de las alas y su relación con la circulación, la densidad y la velocidad del fluido. Su trabajo Teoría del tornillo helicoidal con un gran número de aspas, publicado en 1907, jugó un papel fundamental en la configuración óptima de las alas, tanto para su elevación como para su impulso, lo que permitió determinar de manera precisa el empuje y la potencia de la hélice y el rotor del helicóptero. De 1912 a 1920 estuvo trabajando sobre la teoría del vórtice de hélices y aerogeneradores, esfuerzo que ayudó a resolver problemas del diseño y construcción de varios tipos de rotores: hélices, rotores para aeronaves de ala rotatoria, aerogeneradores, ejes axiales, ventiladores y tornillos helicoidales.

Estos resultados, junto con sus otras investigaciones Sobre los perfiles de superficies de apoyo de aviones (1910) y el Estudio geométrico del flujo de Kutta (1911) lo guiaron a él y a otros investigadores a encontrar la ley exacta que determinó la elevación del ala del avión. De 1912 a 1918 publicó cuatro artículos con el título Teoría de vórtice de tornillo helicoidal, su obra más significativa. Fueron publicados también otros tres trabajos dedicados a aerogeneradores: Cálculo aerodinámico de molinos de viento, Molinos de viento de baja velocidad y Molinos de viento de tipo NEJ (por las iniciales de su nombre).

Hoy sabemos que una hélice normal consiste en varias “cuchillas” (dos, tres o cuatro) ubicadas radialmente y que giran alrededor del eje del tornillo. Para el cálculo correcto del empuje y potencia necesarios para esa rotación, es fundamental conocer la velocidad de las partículas de aire que pasan por delante y por atrás de aquel tornillo. Zhukovski fue quien resolvió esta incógnita. Su análisis detallado permitió encontrar la fuerza de elevación y la resistencia de las “cuchillas” del tornillo e indicar su forma geométrica más ventajosa. Por ejemplo, el modelo de tornillo proporcionado por él hizo volar con éxito una variedad de aviones durante la Primera Guerra Mundial.

Las hazañas de este genio de la mecánica y la aerodinámica fueron grandes. Sus aportaciones se resumen en 25 tomos y su teoría del vórtice de la hélice es la base para el diseño y construcción de aviones modernos. No es fortuito el reconocimiento que Vladímir Ílich Ulianov le hiciera en agosto de 1920: “En conmemoración del 50 aniversario de la actividad científica del profesor Zhukovski y su gran mérito como Padre de la aviación rusa, daremos el premio Zhukovski a los mejores trabajos en matemáticas y mecánica”. Hombres como él surgen porque hay condiciones materiales que los crean y los transforman. Por ello, si queremos crear a muchos “Zhukovskis” mexicanos, es necesario y urgente invertir significativamente en nuestros jóvenes, tanto en el aspecto material como en el intelectual o espiritual.