Смирнов Г.В. - Рожденные вихрем (1107599), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Рябушинскому, мехгду прочим. принадзежит изобретение анемометра с нагретой проволочкой (1909 год) н реактивного ружья тяпа «базука» (1916 год). По всей видимости, именно здесь осенью !904 года Жуковскому пришла в голову мысль о том, что в циркуляции таится разгадка подъемной силы крыла. «Перед Жуковским стояла сложная задача — придать своим соображениям количественную форму н дать нм теоретическое объяснение, — писал в 1948 году известный советский аэродинамик В.
В. Голубев. — Трудность этой работы, вероятно, н привела к тому, что гениальная мысль, возникшая интуитивно в уме Жуковского и представшая ему, вероятно, сразу в полной ясности, получила четкое оформление только через два года в опубликованном им классическом мемуаре чО присоединенных вихрях», который в области гидромехаиики открывал совершенно новую эру и поэтому может быть поставлен ря-дом с классическими работами Бернулли, Эйлера и Лагранжа». В основу своего исследования Жуковский положил двумерную картину движения, в которой тело постоянного сечения считается либо бесконечно длинным, либо скользящим без трения в пространстве между двумя параллельными стенками, заполненном идеальной .жидкостью.
Такое предположение снимает трудности, которые возникают при учете перетекания жидкости на концах движущегося тела. Рассмотрев движение вращающегося цилиндра, Жуковский показал, что возникающая на нем подъемная сила равна произведению скорости потока, ~лотноогн жидкости и величине циркуляции. Причем для вращающегося цилиндра вычислить эту важную величину не составляет большого труда: она равна произведению периметра на окружную скорость. Если же движется не цилиндр, а профиль произвольной формы, вокруг котп- рого установилось тем илн иным путем циркуляционное течение, то для него циркуляция равна произведению периметра контура на среднюю нз всех проекций скорости на сам контур.
Но возникает вопрос: если движется не вращающийся цилиндр, а неподвижный крыловой профиль, то откуда же здесь берется циркуляция? Как она появляетсяг Искушенный в механических тонкостях исследователь Жуковский понимал, как важно иногда рассмотреть ие уже установившееся движение, а начальные фазы его возникновения, в которых нередко оказываются скрытыми все последующие трудности. в г. в. с р Жуковский показал, что есть известное сходство между нарастанием сопротивления при разгоне корабля и нарастанием подъемной силы при разгоне крыла бесконечного размаха.
Еще Гельмгольцу удалось установить, что если первоначально в потоке идеальной жидкости нет вихрей, то породить их можно только с помощью острой кромки, по обе стороны которой скорости жидкости резко различаются. Срываясь с такой кромки, разноскоростные струи жидкости образуют разрыв сплошности, состоящий из последовательности множества завихрений, — своеобразную вихревую пелену. Когда крыловой профиль с острой задней кромкой приводится в движение, то в первые мгновения ускоренный иа выгнутой верхней поверхности поток стремится обогнуть острою кромку, ио поскольку при этом должны возникнуть бесконечно большие скорости, то за острой кромкой рождается вихрь, который, сходя с крыла, тянет за собой вихревую пелену.
Согласно принципам механики вращение в механической системе не может появить— ся без реакции, без равного, но противоположного ему противодействия. Поэтому если разгон крыла порождает вихрь, то в остальной массе жидкости должно появиться врашение в противоположном направлении. Эта противоположная сходящему вихрю реакция н есть присоединенный к крылу вихрь, создающий циркуляцию скорости вокруг крылоного профиля. По мере того, как крыло, ускоряясь, уходит все дальше н дальше, так называемый начальный вихрь остается на месте, а «стягнваемая» им с крыла вихревая пелена все больше и больше увеличивает возникшую вокруг профиля циркуляцию.
Но с нарастанием циркуляции скорости жидкости по обе стороны острой задней кромки . постепенно выравниваются, и в тот момент, когда они становятся равными друг другу, вокруг профиля устанавливается максимальная циркуляция н на нем достигается максимальная подъемная сила. «Принимая поток горизонтальным, набегающим на тело справа налево, а вращение вихря против стрелки часов, мы увидим, что скорости набегаюшей жидкости будут приподняты" немного вверх, а скорости убегающей — будут опущены немного вниз, — писал Жуковский. — От обеих причин на тело будет действовать сила снизу вверх...» Открытие Жуковского радикальным образом измени- 1зо Рис. 43.
Русский азродинамик Н. Е. Жуковский (1847 — 1921), создавший теорию крыла бесконечного размела Р Рнс. 44. Скема образования циркуляции скорости вокруг ускоряющегося крыла, необходимой для создания подъемной силы: ив начальная фаза; в — отрыв потока ло все воззрения на физическую природу подъемной силы. Если со времен Ньютона бытовало интуитивное убеждение, что воздух подпирает наклонную плоскость н что аэроплан поддерживается воздухом снизу, то теперь стало ясно, что крыло присасывается к протекающим над ним струям воздуха и как бы подвешено к ним. Совсем иным оказался и порядок величины подъемной силы. Если, по Ньютону, получалось, что массы отклоняемого пластиной воздуха состоят только из частиц, непосредственно столкнувшихся с ней, то, по теории Жуковского, получалось нечто совсем иное: в создании подъемной силы принимают участие огромные массы воздуха, не примыкающего непосредственно к крылу.
Теория Жуковскоь го сулила авиации гораздо более оптимистичные перспективы, нежели теория Ньютона: вычисленные по Жуковскому значения подъемной силы в несколько десятков ваз превосходили те, которые давала ньютонова теория. 131 Последовавшее за 1906 годом пятилетие можно смело назвать русским триумфом в аэромехаинке, ибо все экспериментально открытые прежде аэродинамические эффекты нашли свое объяснение в работах Жуковского и его ученика Чаплыгина... Русский аэродинамический триумф В 1880 году, размышляя о будущем воздухоплавания,, Д. И.
Менделеев провидел ту великую роль, которую суждено было сыграть русским ученым в грядущем развитии мировой авиации. «У других много берегов водяного океана, — пророчески писал он. — У Россий их мало сравнительно с ее пространством, но зато она владеет обширнейшим против всех других образованных стран берегом еще свободного воздушного океана..Русским поэтому и сподручнее овладеть сим последним...
Главную подготовку для овладения воздушным океаном, первое орудие борьбы, — составляет знание...» Вот почему именно накопление знаний, достижение ясности понимания физических процессов в аэродинамике стало главной целью московской аэродинамической школы, которая по обилию и богатству результатов заняла к середине 1910-х годов ведущее место в мире. А достичь такого первенства было не так-то йросто. На начало ХХ века приходится настоящий аэродинамический бум, и в ведущих странах мира один за другим создаются крупные исследовательские центры.
В 1901 году возник Римский аэромеханический институт в США, возглавляемый профессором А. Цамом. В 1902— 1903 годах учреждается Национальный аэронавтический институт в Риме, руководимый Л. Крокко. В !903 году начинает. работать аэродинамическое отделение Национальной физической лаборатории близ Лондона во главе с Т. Стентоном. Во Франции одна за другой учреждаются аэродинамические лаборатории А. Эйфеля и А. Рато (1909 — 1910), а также Сен-Снрская лаборатория. В Германии первая аэродинамическая школа сложилась вокруг Л. Прандтля в Геттингене в 1907 — 1908 годах, а позднее, в 1913 году, в Линденберге был построен аэронавтический институт Общества немецких инженеровво главе с Бендеманом. Наконец, в 1910 — 1911 годах крупные аэродинамические лаборатории основываются .в Петербурге — в Институте путей сообщения по инициатнве- профессора Н. А.
Рынина и в Политехническом институте по инициативе профессора К. П. Боклевского. Но несмотря на многочисленность всех этих лабораторий, исследования в большинстве из них носили сугубо утилитарный, прикладной характер, и одна только лаборатория Л. Прандтля достигла важных научных результатов, благодаря которым смогла соперничать с прославленной московской школой — Н. Е. Жуковским н С. А. Чаплыгиным и их учениками: Д. П. Рябушинским, Б. Н. Юрьевым, Г. Х.
Сабининым, В. П. Ветчинкиным и другим н. После того как Жуковский установил, что подъемная сила равна произведению скорости потока, плотности жидкости и циркуляции, вся трудность ее вычисления была сведена к определению последнего сомножителя, величина Которого существенно зависит от формы крыла и угла атаки. Именно этой проблемой и занялся С. А. Чаплыгин — будущий академик и первый среди советских ученых Герой Социалистического Труда.
Ученый ясно понял, что равенство скоростей жидкостных струй, сходящих с верхней и нижней поверхностей- крыла около задней острой кромки, есть узловой пункт теории подъемной силы. Приложив это условие к профилю, представляющему собой часть поверхности кругового цилиндра, хорда которого расположена параллельно направлению потока, Чаплыгин приступил к рассмотрению важных для практики случаев. И что же оказалось? Прежде всего подтвердилось открытие, сделанное некогда Лилиенталем и крепко озадачившее его: изогнутые поверхности дают подъемную силу даже при нулевом угле атаки. Но этого мало. Оказалось, что подъемная сила на таком профиле. зависит только от стрелки дуги н совершенно ие зависит от ширины крыла. На первый взгляд этот творе'гический вывод плохо согласовывался с другим экспериментальным фактом, обнаруженным некогда братьями Райт, которые установили, что сильно изогнутые профили неэффективны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
