Сколько-нибудь правильной, а тем более применимой к винту теории тогда не было. В то время существовало два теоретических представления о работе гребного винта: одно — винт движется в неподвижном воздухе; другое учитывало подсасывание воздуха, производимое винтом, что было правильнее, но эта теория не давала своей формы лопастей.
Невозможно было взять за образец и один из существующих самолетных винтов, так как геликоптерный винт существенно отличается от них режимом работы.
Таким образом, перед Юрьевым стояла трудная задача: надо было решить целый ряд вопросов, связанных с постройкой геликоптера, его конструкции, прочности, теории.
В то время как в вопросах конструкции и прочности Юрьев опирался на помощь всех членов кружка, разработку вопроса о рациональной теории гребного винта взял на себя Григорий Харлампиевич Сабинин.
Юрьев, собственно говоря, просил Сабинина только рассчитать винт для геликоптера. Но, не видя возможности сделать это, опираясь на существовавшие теории, Сабинин стал думать, какая же из них все-таки ближе к действительному положению вещей.
Без опыта, без непосредственных наблюдений решить вопроса Сабинин не мог. Он построил маленький электромотор с винтом, взял у отца пачку папирос, хотя сам не курил, и начал, производить опыты.
Он пускал струю дыма на работающий винт и внимательно следил, что происходит в подкрашенном дымом воздухе перед винтом и сзади него. И вот молодому исследователю таким образом удалось обнаружить очень интересный факт — сжимание струи за винтом, несмотря на действие центробежных сил, стремящихся расширить струю. Между тем в то время считалось общепризнанным, что струя за винтом расширяется. Установив этот факт, Сабинину и Юрьеву удалось разработать свою теорию гребного винта, которую Жуковский назвал «Теорией Сабинина — Юрьева» и включил отдельной главой в свой курс лекций.
В 1912 году Сабинин доложил Второму воздухоплавательному съезду о дальнейшем развитии этой теории, учтя вращение струи воздуха после прохождения его через работающий винт, а осенью того же года Ветчинкин доложил в Политехническом обществе о ее распространении на винты любой формы: первые винты Сабинина имели специальную форму, создающую за винтом равномерный поток. Одновременно Ветчинкин предложил на основе той же теории и метод проверочного расчета винта на любом режиме его работы.
Эта первая теоретическая работа Сабинина положила начало его дальнейшим научно-исследовательским работам, среди которых особенное значение имеет «теория идеального ветряного двигателя».
Теория Сабинина — Юрьева далеко опередила европейскую науку. Лишь в 1921 году аналогичная теория была разработана англичанином Гляуэртом. Так что, несмотря на молодость его членов, воздухоплавательный кружок МВТУ, как можно судить по одному этому случаю, представлял собой серьезную научно-исследовательскую группу.
В 1913 году Сабинин получил диплом инженера-механика, защитив отличный проект электрификации города Красноярска, но, едва начав работать на заводе «Динамо», в 1914 году был мобилизован, как прапорщик запаса, и послан на фронт. Когда Сабинин возвратился, ему предложили заведовать аэродинамической лабораторией в Кучине, входившей в состав ЦАГИ.
В Кучине в это время Жуковский исследовал вопрос о снежных заносах, а Н. В. Красовский, его ученик, занимался испытанием ветряных двигателей. Красовский попросил Сабинина принять в этом деле участие для создания измерительной аппаратуры установки.
Рукопись Г. X. Сабинина «Дополнения к теории воздушных винтов» с поправками Н. Е. Жуковского.
Николай Валентинович Красовский окончил авиационные курсы при МВТУ, будучи еще студентом училища, и пошел на войну 1914 гола военным летчиком. По рассказам товарищей, он отличался выдержкой и хладнокровием в военной обстановке. После демобилизации, в 1919 году, началась его работа в ЦАГИ по ветряным двигателям. Получив для опытов небольшой ветрячок американской системы, Красовский установил его на башне Аэродинамического института в Кучине, предполагая нагрузить двигатель водяным насосом.
Однако американский ветрячок оказался негодным для этой цели. Красовский решил взять ветряк с зубчатой передачей Люберецкого завода. Для разработки метода нагрузки ветряка и метода измерений Николай Валентинович пригласил Сабинина.
Для Сабинина, электрика по образованию, эта задача не представляла труда. Первые испытания были проведены зимой 1920/21 года. С этого времени и начались в Советском Союзе систематические исследования по ветряным двигателям, далеко опередившие все то, что было сделано в этом направлении за границей.
Подобно тому как художнику само течение жизни приносит материал ею поэтических созданий, Сабинин начинал творчески действовать везде, куда вовлекала его новая жизнь, запросы практики, народного хозяйства, бытовые нужды или культурные потребности человека. Истинный рыцарь техники, он готов был сражаться во имя ее совершенства с любым врагом. Видя, что Красовский никак не может найти способ регулировать двигатель, а возрождавшееся в Советской стране сельское хозяйство требует совершенного ветродвигателя, он немедленно занялся ветряками.
При испытании ветряков в Кучине Сабинин обнаружил, что обычные анемометры — приборы для измерения скорости ветра — не годятся для этой цели. Тогда он начал изучать их и нашел, что действительная скорость ветра иная, чем показывают приборы. Создав теорию вращающихся анемометров, Сабинин указал, как измерять действительную скорость ветра. Эта теория была опубликована в 1922 году в первой книге научных трудов ЦАГИ, а через семь лет появились в Германии уже под фамилией О. Шренка, с приложением диаграмм, кривые которых очень похожи на кривые в диаграммах русского автора.
Красовский отличался большой энергией и инициативой. Начав свою работу по предложению Жуковского с проектирования шестилопастного ветряного колеса, рассчитанного по «вихревой теории», Красовский вскоре сделался энтузиастом использования энергии ветра, посвятив всю свою жизнь исключительно этому делу.
В написанных на основе теории Жуковского трудах Красовский доказал преимущества быстроходных ветряных двигателей. Его работы определили основное направление деятельности в этой области. Одновременно Красовский изучил положение дела у нас с крестьянским ветряком. В результате появилась его статья статистического характера, показавшая, какое огромное значение имело использование энергии ветра в мукомольном деле в России в предреволюционный период. Неутомимо пропагандируя идею выгодности быстроходных ветряков, Красовский начал проектирование их, не найдя, однако, хорошего решения регулирования.
В это время как раз Сабинин в своей теоретической работе предложил регулировать работу ветряного двигателя при помощи стабилизаторов, прикрепленных к свободно сидящим на махах лопастям. Идея такого способа регулирования возникла у Сабинина еще в 1920 году. Тогда же он дал и теорию «стабилизаторного ветряка». Красовский ухватился за идею Сабинина и со свойственной ему энергией начал проектировать быстроходный стабилизаторный ветряк с лопастями в 2,5 метра диаметром. Скоро этот опытный ветряк начали строить. Когда была готова первая лопасть, конструкторы поднялись на башню, чтобы на ветру посмотреть, как будет поворачиваться лопасть при разных «углах атаки» под влиянием стабилизатора.
Хотя проектировать размеры стабилизатора и его расстояние от лопасти пришлось наугад, лопасть послушно подчинялась стабилизатору. После этого успешного опыта ветряк был собран и поставлен на башне. Дождавшись умеренного ветра, решили пробовать. Красовский отпустил рычаг регулирования, стабилизаторы начали повертываться, лопасти плавно установились «на ход», ветряк начал медленно разворачиваться, увеличивая число оборотов, и стал работать с большой скоростью. Все шло отлично, и можно было поздравить друг друга с успехом.