Смирнов Г.В. - Рожденные вихрем (1107599), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Прандтль и его ученик . Мунк стали искать такое распределение подъемной- силы вдоль размаха крыла, чтобы его индуктивное сопротивление было минимальным. Решить эту задачу Мунку удалось лишь к концу первой мировой войны: оказалось, что индуктивное сопротивление минимально Рнс. 49, Справа — прнмоутольное крыло с большим нндуктнвным сопротивлением.
Слева — эллнптнческое в плакс крыло с мнннмальным нндуктнвным сопротнвленнем, рааработанное немецким аэродинамиком М. Мунком тогда, когда циркуляция вдоль размаха меняется по эллиптическому закону. Прн постоянном угле атаки -такое наивыгоднейшее с точки зрения снижения индуктивного сопротивления распределение циркуляции получается у крыла, имеющего в плане форму эллипса. Вот почему в последующие годы конструкторы, которые особенно пеклись об аэродинамическом совершенстве своих самолетов, применяли эллиптические в плане крылья, хотя они и были более сложными в производстве.
В частности, в Советском Союзе эллиптические крылья широко применял украинский конструктор К. А. Калинин, а в Англии — Р. Митчелл, создатель знаменитого истребителя второй мировой войны «спитфайр». Попытку разработать теорию крыла конечного размаха предпринял также и С. А. Чаплыгин. В 1913 году иа заседании Московского математического общества он сделал первое сообщение о своих изысканиях, в котором рассказал о подковообразных вихрях и указал на необходимость появления индуктивного сопротивления. Заинтересовавшись этим сообщением, Жуковский в круглой аэродинамической трубе Московского технического училища провел интересный эксперимент: на пути струй, сбегавших с концов крыла, были поставлены две вертушки, вращение которых сделало видимыми для 139 Рис.
50. Схема.возникновеюи свобоаного вихря, сбегающего с кромки крыла конечного размаха (вверху). течение позван авиационного крыла (вивзу) исследователей сбегающие с концов крыла свободные вихри. Но по каким-то причинам Чаплыгин не продолжил этой работы, а полученных результатов не опубли.ковал, считая их незавершенными. Такое пренебрежение к обнародованию своих исследований характерно для' Чаплыгина. «В его рукописях, — пишет советский историк Г. Михайлов, †впоследств было обнаружено много интересных результатов, относящихся как к гидроаэродинамике, так и к теории упругости, которые никогда не были им опубликованы или использованы. Все этн результаты справедливо связываются теперь с именами других ученыхз.
Как видим, создание теории подъемной силы крыла — этого величайшего достижения гидродинамнкн 140 Ряс. 51. Сяла, действующая на плоскую плао. тыну в зависимости от угла атаки: 1 — по теории Ньютона; 2 — по теории Рэлея; 3 в по современной теоряы, соответствующей эксперяментальным давним идеальной жидкости — потребовало колоссальных усилий самых выдающихся ученых. Но еще большиетрудности встали на пути тех, кто, стремясь разгадать тайну лобового сопротивления, сосредоточил внимание на исследовании движения вязких жидкостей,. Сопротивление,' рожденное завихрениями С тех пор как Эйлер и Д' Аламбер убедились в том, что тело, движущееся в идеальной жидкости, не испытывает с ее стороны никакого противодействия, вопрос о гидродинамическом сопротивлении стал буквально камнем преткновения для всей гидроаэромеханики.
Эксперименты Фруда и.его методика измерения сопротивления, предназначавшаяся только для сравнительно хорошо обтекаемых корабельных корпусов, не разрешили этого парадокса. Вычисление сопротивления даже простейших плохо обтекаемых тел вроде шара илн цилиндра по-прежиему оставалось за семью печатями.
141 В 1868 — 1876 годах три крупных исследователя попытались преодолеть этот парадокс, дискредитирующий построения теоретиков в глазах практиков. То были Г. Гельмгольц, Г. Кирхгоф и лорд Рэлей. Они заложили основы так называемой теории струй, исходившей из того предположения, что в жидкости за каждой кромкой плоской наклонной пластины возникают поверхности разрыва, создающие за пластиной уходящую в бесконечность застойную зону. При таком" предположении сопротивление должно было отличаться от нуля даже в том случае, если движение происходило в идеальной, лишенной вязкости жидкости.
Однако расчеты, сделанные по формулам Кирхгофа и Рэлея, давали значения сопротивления, резко расходящиеся с опытными данными, и потому эта теория не привлекла к себе внимания инженеров. Д. И. Менделеев, не уделив теории струй никакого внимания, особенно подробно рассматривает более важный для практики случай движения тел в вязкой жидкости. Здесь наибольшей известностью пользовалась тогда так называемая теория каналов, которую разработали французы А.
Сен-Венан (1797 — 1886) и Ж. Понселе (1788 — 1867). Они распространили представление Ранкина о прилипающем к движущейся поверхности завихренном слое, разработанное шотландцем только для хорошо обтекаемых тел, на тела с резко иэ(яеняющимися обводами. По нх мнению, тело, окутанное со всех сторон налипшей на него жидкостью, движется вместе с этим сгустком как бы в идеально гладком канале, проложенном в невозмущенной овружающей жидкости, причем струи, сходящие с тела, попадая на неподвижные стенки воображаемого канала, тормозятся и, теряя свою скорость, передают им свою кинетическую энергию.
Любопытно, что в этих двух несоответствующих действительности теориях содержались две фундаментальные идеи — идея примыкающего к телу пограничного слоя и идея застойной зоны, образующейся за движущимся телом, — объединение которых через двадцать пять лет полностью решило проблему гидродинамического сопротивления. Но прежде чем такое объединение смогло произойти, потребовалось разгадать одну нз самых удивительных и сложных гидродинамических загадок Х1Х века... Ркс. 52. Некеккка ккшекер Г. Гапи (1797 — 1884), открмэшк а зеков теееккк жалкостей в кеккклкркмк трубкак «Сен-Венан...
прямо сравнивает сопротивление с течением по трубкам н каналам, как делают и все другие вслед за ним», — писал Д. И. Менделеев в !880 году. Такое отождествление обтекания тела с течением по трубкам можно' было бы считать колоссальным успехом в понимании гидродинамического сопротивления, если бы в распоряжении исследователей уже имелась хорошо разработанная теория течения жидкостей в трубах и каналах.
Но если можно было бы выбрать наименее подходящий для подобного утверждения год, то им стал бы именно !880, ибо как раз в этом году странное противоречие, постепенно раздиравшее гидравлику, достигло кульминации. И вызвано оно было не отсутствием надежных сведений, а тем, что чрезвычайно точные, достоверные многочисленные эксперименты неопровержимо доказывали справедливость двух совершенно разных утверждений...
Начало этим экспериментам положил немецкий инженер-строитель Г. Гаген. Окончив университет, он полтора года путешествовал пешком по Европе, осматривая наиболее примечательные гидравлические сооружения. Возвратившись на родину, он занялся инженерной деятельностью — именно он спроектировал военно-морскую базу в Вияьгельмсхафене. В !839 году Гаген опубликовал результаты своих обширных исследований по изучению влияния температуры на сопротивление жидкости, текущей в трубках малого диаметра, в ходе которых он установил формулу для вычисления сопротивления. Одновременно с ним во Франции аналогичные эксперименты провел врач Ж.
Пуазейль (1799 — 1869), который изучал мощность сердца и движения крови в венах н капиллярных сосудах. В 1841 году он опубликовал найденную им формулу, которая совпала с гагеновой: сопротивление жидкости 1!, текущей в трубе, прямо пропорционально вязкости ч н скорости У н обратяо ег пропорпионально квадрату диаметра трубы.0 в !гоэ — , Д2 Воистину, формула эта доставляла утешение здравому смыслу. Если вязкость равна нулю, то и сопротивление равно нулю. Естественно предположить, что чем больше вязкость, тем больше сопротивление — и формула подтверждает это предположение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
