Понедельник, 20.11.2017, 19:54 Приветствую Вас Гость

ОРУЖИЕ

Меню сайта
Категории раздела
ОРУЖИЕ
Правовое регулирование, характеристики, техника стрельбы.
Авиация
Рыцари брони
Оружие славы
Морские истории
Охотничье оружие
Центральный музей ВС СССР
Юмор
Форма входа
Реклама
Главная » Статьи » Авиация

★ Трудные формулы, без которых еще труднее

 Июль в разгаре. Коричневые, выжженные солнцем крымские холмы. Зеленый цвет только внизу сады на окраине Симферополя.

 Но человек, сидящий на холме, не смотрит вниз. Все его внимание сосредоточено на маленьком пятнышке в небе. Скинув сюртук и спрятавшись от жары под тень большого зонта, каким пользуются художники, он напряженно следит через подзорную трубу за полетом орла. Время от времени откладывает трубу и записывает что-то в блокноте, лежащем на колене. И снова до боли в глазах всматривается в небо.

 Доктор медицины Николай Андреевич Арендт, конечно же, знает, что человек по отношению к собственному весу в сотни раз слабее птицы. Что какие бы большие крылья он ни сделал и как бы ни размахивал ими, он не сможет сравняться с ней и поднять свой вес в воздух. Но ведь эта птица не машет крыльями.

 Она парит!

 Не затрачивая никаких усилий, плавными и торжественными кругами поднимается орел все выше и выше. Так неужели человеческого ума и искусности не хватит на то, чтобы скопировать это чудо природы? Неужели нельзя создать летательный аппарат, копирующий птичьи крылья, достаточно большой, чтобы нести на себе человека?

 Осуществление планирующего полета становится навязчивой идеей доктора Арендта. Он проводит долгие часы в наблюдениях за парящими птицами, пытается теоретически осмыслить принципы их полета, пишет статьи и прошения об отпуске средств на опыты. Иногда недостаток научных аргументов он пытается восполнить своей горячей верой в осуществимость идеи:

 «Если я прав? Если я на верном пути? Неужели не стоит пожертвовать только несколькими часами времени, чтобы выслушать меня, а если я докажу, что я прав, пожертвовать даже большими деньгами, чтобы проверить предположения мои на опыте? Воздухоплавание занимает сейчас много умов... Надолго будет гордиться перед светом та страна, в которой будет сделан первый удачный опыт воздухоплавания. Почему бы не нашему отечеству быть этой страной?»

 Нет, предложение доктора Арендта не положили под сукно. Его изучали, собирали авторитетные комиссии. Сам Дмитрий Иванович Менделеев внимательно выслушал изобретателя. Выслушал - и не нашел того, что ищет в любом изобретении ум ученого прежде всего: ясной теории.

 «Нет достаточных оснований отрицать возможность осуществления этой идеи, - гласит заключение воздухоплавательной комиссии от 1885 года. - Но между идеей и ее выполнением целая бездна, и бездна эта господином Арендтом ничем не наполнена».


Н. Е. Жуковский (1847 - 1921)

 22 октября 1891 года заседание Математического общества в Москве оказалось неожиданно многолюдным. Служители вносили и ставили в проход дополнительные стулья, но все равно опоздавшим пришлось стоять. Председатель не успел еще объявить фамилию поднимающегося на трибуну докладчика, как в зале раздались аплодисменты, - профессора Жуковского узнавали сразу - по высокому росту и окладистой бороде. Имя его было уже хорошо известно в ученых кругах не только Москвы и Петербурга, но и за границей.

- О парении птиц,- произнес Жуковский неожиданно тонким, высоким голосом.

 Математическое общество и парящие птицы? какая между ними связь?

 Но слушатели не выказали никакого недоумения. Наоборот, именно математики и могли оценить смелость и трудность выполнения такой задачи: применить их науку (самую абстрактную, самую строгую) к уяснению столь конкретного и в то же время, столь загадочного явления природы, как парящий полет птиц.

... Десятки ученых разных стран долгие часы вели наблюдения за парящими птицами. Сам Жуковский, страстный охотник, тоже не раз забывал о ружье, заглядевшись на плавно кружащего в вышине коршуна или на аиста, величественно соскальзывающего за кромку леса. Но тщательно зарисовать траекторию полета вот все, что могли сделать терпеливые наблюдатели. Это тоже было не легко, - ведь снизу часто и не разглядишь, набирает птица высоту или теряет ее; что же касается незаметных поворотов крыльев или скорости и направления ветра там наверху - замерить это, конечно, было просто невозможно. Оставалось рассуждать. Рассуждать строго математически. И видимо, профессор прикладной математики Жуковский делал это весьма убедительно - слушали его с большим интересом. Один за другим разбирает он возможные варианты: птица парит в неподвижном воздухе; ветер дует ровно и горизонтально; дует порывами; птица парит в восходящих струях воздуха. Опровергает существующие гипотезы, выдвигает свои. Математический анализ безукоризнен, слушатели провожают докладчика аплодисментами, но...

 Но сам-то Жуковский знает, как далеко еще до раскрытия тайны полета. Недаром в начале доклада он предупредил, что будет рассматривать «задачу о парении птицы не как задачу аэродинамики, которая представляет непреодолимые трудности, а как задачу механики твердого тела».

 Немного странно слышать, что птицу называют «твердым телом». Но с точки зрения механики это именно так.

 Поскольку птица не падает, а совершает плавный, парящий полет, можно предположить, что силы, действующие на нее снизу и сверху, равны, и строить дальнейшие рассуждения по законам механики. Но как возникает поддерживающая сила крыльев в воздухе - на это механика не дает ответа. Какую форму должно иметь крыло, чтобы сила эта была максимальной, - тоже. Ответить на это могла бы только аэродинамика. Наука, которой еще не существует.

 Впрочем; это не совсем так. Сам Жуковский со своими студентами, начиная уже с 1889 года, ставил пробные аэродинамические опыты в лаборатории при кабинете прикладной механики Московского университета. Опыты эти со стороны должны были выглядеть странно: уважаемый профессор и двое серьезных молодых людей занимались тем, что запускали заводные летающие игрушки, бумажных птичек, воздушные змеи; или роняли с высоты конусы различной формы и веса и внимательнейшим образом следили за их спуском; или давали свободно падать картонной пластинке, крутящейся вокруг своей оси, и замеряли на полу расстояние, на которое ее относило в сторону.

 Велись аэродинамические работы и в других странах. Знаменитый исследователь полетов птиц Рейли попытался даже вывести формулу для расчетов подъемной силы крыла. Для этого он уподобил крыло птицы плоской пластине и получил довольно простое математическое выражение. Смысл его заключался в следующем: узнайте скорость ветра, угол наклона крыла и его площадь - и немедленно получите подъемную силу. Возможно, что аналогичной формулой пользовался в своих расчетах Можайский, - недаром крылья его аэродинама имели такую огромную площадь, что напоминали положенные паруса. Однако, если подсчитать по формуле Рейли подъемную силу крыльев любого из современных самолетов, получится, что все они немедленно должны попадать на землю, - их вес больше подъемной силы крыльев. Сейчас нам легко посмеиватьея над этим заблуждением ученого и спокойно продолжать свой полет; но в те годы ошибку в его рассуждениях найти было весьма трудно.

 А дело все было в том, что крыло птицы или самолета - не пластины. Казалось бы, незначительный изгиб дает вдруг резкое увеличение подъемной силы. Вывести же эту силу теоретически не представлялось возможным просто потому, что было совершенно неизвестно, как, по какому закону будет обтекать воздух неплоское крыло, как распределятся скорости воздушных струй и давления? Как вся картина будет изменяться с изменением угла наклона крыла?

 Первым, кто обратил внимание Жуковского на интересные явления, связанные с выгнутым крылом, был Лилиенталь.

 Они встретились в 1895 году.

 Жуковский был уже знаком с теоретическими работами немецкого исследователя, рассказывал о них в России. Теперь он увидел его полеты своими глазами. Стоя у подножия холма в Гросслихтерфельде, он внимательно следил за всеми движениями спортсмена. Это все тот же парящий полет - человек силой своей воли и разума сумел уподобиться птице. Его легкий аппарат из ивовых прутьев и парусины - результат долгих наблюдений, расчетов, тренировок и инженерного искусства. Жуковский от души поздравляет приземлившегося Лилиенталя. Оживленно беседуя, они направляются к вершине холма, где в специальном ангаре Лилиенталь хранит другие свои модели. Он полон энтузиазма и радостных надежд. Завоевание воздуха непременно придет через планеризм в этом он убежден. Люди будут строить искусственные холмы, строить планеры, спорт этот станет массовым, и постепенно искусство летания станет таким же доступным, как езда на велосипеде. Жуковский с сомнением покачивает головой. Однако успехи талантливого немца так велики, его аппараты и мысли так интересны, что не хочется обескураживать его холодным научным скептицизмом. Тем более, что как экспериментатор он не имеет себе сейчас равных.

 Вернувшись в Россию, Жуковский демонстрировал планер, подаренный ему Лилиенталем, на одном из заседаний ОЛЕ - Общества любителей естествознания.

- Подъезжая к Берлину, - рассказывал он, я думал о том направлении, которое получает теперь разрешение задачи аэронавтики. Стоящая громадных денег трехсотсильная машина Максима с ее могучими винтовыми пропеллерами отступает перед скромным ивовым аппаратом немецкого инженера, потому что первая, несмотря на ее большую подъемную силу, не имеет надежного управления, а с прибором Лилиенталя экспериментатор, начиная с маленьких полетов, прежде всего научится правильному управлению своим аппаратом в воздухе.

 Однако правильное управление легким аппаратом возможно только в относительно спокойные дни. Незначительный порыв ветра, слабое завихрение воздушных струй - все, что гуляющей публикой будет воспринято как приятная освежающая прохлада, - на чуткие крылья планера может обрушиться, как удар невидимого воздушного кулака. Причем планерист даже не сможет заметить приближения опасности - это не водопад в реке, предупреждающий своим шумом, не буря, не смерч, который виден издалека. Невидимые воздушные вихри проходят в нижних слоях атмосферы, катятся, как гигантские жгуты, подхватывают сухие листья, пылинки, насекомых. Помощник Лилиенталя рассказывал впоследствии, что сам он, стоя внизу у подножия холма, даже не почувствовал изменения ветра и не мог понять, отчего вдруг планер взвился вверх, а затем...

 Всего лишь год назад Жуковский рассказывал о своей встрече с Лилиенталем и его достижениях, а теперь должен рассказывать о его гибели. Случайная, бессмысленная смерть. Отдавая должное огромным заслугам немецкого исследователя, Жуковский ни словом не упоминает о своих разногласиях с ним, об ограниченных возможностях чисто экспериментальных работ, какими бы блестящими они ни были. Сам-то он убежден, что без ясной теории ни одна тайна природы не может стать достоянием человечества. Наподобие того, как путешественник, открывший загадочные древние письмена, передаст их ученому для расшифровки, так и экспериментатор должен передавать добытые им факты теоретику для осмысления и анализа. Теорию движущегося воздуха, воздушных сил - аэродинамику создать необходимо - никому важность этой задачи не видна с такой остротой, как Жуковскому.

 Но жизнь складывается так, что он никак не может посвятить себя идее целиком. У него тысяча обязанностей. Его рабочий день и так забит до отказа. Чтение лекций студентам в университете и Техническом училище. Участие во всевозможных съездах и конференциях. Научные исследования и доклады о них: «Об испытательной станции для определения сопротивления судов»; «Новый гироскопический аппарат»; «О математической теории движения соков в растении».

 Потом вдруг начинают рваться трубы московского водопровода.

 То там, то здесь из-под земли вырывается столб воды, и аварийная бригада спешит к месту происшествия. Инженеры-практики не в силах обнаружить причину аварий. Кто может помочь им? Конечно, тот, кто знает науку о жидкостях, гидравлику, - все тот же профессор Жуковский. Почти год уходит у него на создание опытной установки, исследования и анализ, и вот результат: работа «Гидравлический удар в водопроводных трубах». Виновный найден - это гидравлический таран, возникающий при слишком быстром закрытии задвижки. По совету ученого инженеры делают несколько изменений в конструкции водопровода, и трубы перестают рваться. Работу Жуковского переводят и печатают за границей гидравлический удар повсюду успел наделать бед.

 Да, дела много. И все же мысль московского профессора все время обращается к проблеме летания. При всей своей любви к тонкому и точному эксперименту. он ясно видит, что, прежде чем браться за опыты, надо предельно ясно сформулировать для себя сущность задачи. В чем же она состоит, эта «задача аэродинамики, представляющая непреодолимые трудности»?

 И в том, и в другом случае крыло испытывает давление со стороны воздуха.

 Если не знать заранее вертикальной составляющей силы этого давления, нельзя определить допустимого веса аппарата.

 Если неправильно определить точку приложения силы - центр парусности,- самолет может опрокинуться в воздухе.

 Если неизвестны законы обтекания, нельзя рассчитать угол установки крыла по отношению к горизонтали.

 Величина подъемной силы, точка ее приложения, оптимальный угол атаки - вот, что нужно уметь определять заранее для любой проектируемой формы крыла. Но как? Это только на картинках и чертежах можно позволить себе рисовать движущийся воздух в виде параллельных линий, послушно и плавно обтекающих любое препятствие и затем снова текущих ровно и параллельно друг другу. В действительности же столкновение твердого тела с потоком немедленно разрушает эту плавность. Спереди, там, где поток ударится в предмет, струи уплотнятся, сзади, наоборот, возникнут разрежение и вихри. А снизу? А сверху? В обычных условиях эта картина остается невидимой, но стоит «подкрасить» поток воздуха дымом, и мы увидим, как струйки, сначала ровные и параллельные друг другу, наткнувшись на предмет, немедленно превращаются в причудливый и подвижный узор. Картина обтекания даже такого ровного и симметричного тела, как шар, не уступит по замысловатости рисунка павлиньему перу. Что же говорить об обтекании тела более сложной формы - изогнутой пластины или полуцилиндра. Очевидно, она будет представлять из себя полный хаос из струй самой различной плоскости, скорости и направления.

 И вот этот-то хаос нужно было уложить в простые и четкие математические формулы.

 Но существует ли вообще такая возможность? Пытался ли кто-нибудь связать математику с живой и переменчивой природой струящегося потока?

 Да, такие попытки были. И не просто попытки - целая наука была создана почти два столетия назад в Петербургской Академии наук. Гидродинамика. Уж кому-кому, а профессору Жуковскому, читающему в Московском университете курс гидродинамики, все ее положения известны до мельчайших подробностей. Правда, там речь идет о жидкостях. Но не может ли оказаться, что некоторые законы движения жидкостей окажутся справедливыми и для движения воздуха? водяного пара? вообще любого газа? Нельзя ли проложить мост от этой богато разработанной теоретически и экспериментально области знания к науке, еще не существующей - аэродинамике?




Категория: Авиация | Добавил: 16.05.2015
Просмотров: 529 | Рейтинг: 0.0/0
Поиск по сайту
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Реклама
Copyright MyCorp © 2017