Смирнов Г.В. - Рожденные вихрем (1107599), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Лаврентьев, А. В. Некрасов, В. В. Голубев, П. П. Красильщиков, В. С. Пышнов, К. А. Ушаков, Л. И. Седов, И. В. Остославский, А. К. Мартынов и многие другие — успешно справилась с задачами, которые были поставлены перед аэромеханической наукой строящимся советским воздушным флотом.
В другом крупнейшем аэродинамическом центре в Геттингене в Германии среди учеников Л. Прандтля мы находим имена известных ныне гидроазромехаников— Я. Аккерета, А. Бетца, Г. Блазиуса, А. Буземана, Т. Кармана, М. Мунка, Г. Шлихтинга. После второй мировой войны эта школа фактически распалась и уступила место американской аэрогазодинамической школе, тяготевшей к Калифорнийскому технологическому институту. Как глава этой школы Т.
Карман, так и многие ее представители — А. Буземан, Л. Крокко, М. Мунк, А. Ферри — были выходцами из Европы, и лишь немногие — К. Милликен, Х. Драйден, Г. Шубауер — коренные янки. К середине ХХ века сложилась сильная группа английских гидроаэромехаников, воспитанных на трудах О.
Рейнольдса, Рэлея и Г. Ламба, — Г. Глауэрт, Ф. Ланчестер, Р. Саусвел, Дж. Тейлор, Л. Хоуарт, М. Лайтхилл и другие. Трудами всех этих людей н нх многочисленных помощников на протяжении нескольких десятилетий ХХ века была накоплена поистине необозримая информация. И сегодня трудно найти отрасль народного хозяйства, куда эти исследования не внесли бы ясности и, главное, возможности количественной оценки, без которой никакое дело не может считаться поставленным на твердые научные основы. В аэродинамических трубах и опытовых бассейнах ученые теперь исследуют силы, действующие на самолеты, корабли, автомобили и поезда. Здесь получают данные„необходимые для проектирования мостов, дымовых труб, линий электропередач, мачт, резервуаров.
Здесь изучаются снежные заносы, заиление рек и разрушение их берегов, задымление городов и корабельных палуб. Созданы экспериментальные установки для исследования сил, действующих на летящие в воздухе бумеранги, мячи, шары и другие спортивные снаряды. Анализ атмос- ферных и океанических вихрей, движение рыб и птиц, спортивная гидроаэромеханика — вот лишь некоторые из новых разделов, где ведется сейчас особо интенсивная работа. Но, как и прежде, в центре внимания ученых- прикладников находятся две главные гидродинамическне силы — подъемная сила и сила сопротивления, тайны которых были раскрыты в первые десятилетия нашего века.
Героическая эпоха авиации В годы первой мировой войны немецкий летчик Г. Лахманн во время учебного полета слишком круто задрал нос самолета, потерял скорость и сорвался в штопор... Лежа после этого в госпитале, он не пере- . ставал ломать голову над причиной аварии, пока ие понял, в чем дело. разница давлений над н под движущимся крылом создается лишь до тех пор, пока поток примыкает к поверхности.
Прн малых углах. атаки это условие выполняется легко, но цри больших — воздух не может удержать контакта с верхней поверхностью крыла и отрывается от нее, не доходя до его задней острой кромки. Такой срыв потока сопровождается резким уменьшением подъемной силы крыла, что нередко связано с катастрофическими последствиями для самолета. Именно в госпитале Лахмаину пришла идея разрезного крыла. Если вблизи передней кромки сделать предкрылок, который при малых углах атаки будет плотно прижат к поверхности, а при больших будет отодвигаться, тогда в образовавшейся между иим н крылом щели возникаег скоростной поток воздуха.
Если спрофилировать щель так, чтобы этот поток обдувал верхнюю поверхность крыла, то можно будет избежать отрыва пограничного слоя и получить большую подъемную силу даже при уменьшенной скорости полета... Патентные эксперты отвергли заявку Лахманна: как могут дырки в крыле увеличивать его подъемную силу? Л. Прандтль тоже не поддержал его. Тогда пилот поступил в институт, изучил аэродинамику, построил модель и, наконец, доказал работоспособность своей идеи. Но к этому моменту выяоиилось, что в 1919 году патент на подобное устройство получил английский авиаконструктор Ф. Хендли-Пейдж. Возникшие было трения удалось уладить приглашением Лахманна и английскую фирму, а в 11, Г. В. смыряав 192! году появилась классическая работа С.
А. Чаплыгина «Схематическая теория разрезного крыла аэроплана», в которой было показано, что частное изобретение Лахманна тесно связано с магистральной линией развития авиации — неуклонным повышением скорости полета... Аэродинамикам эта магистральная линия представлялась в виде формулы, принципа: оставлять в потоке воздуха только те части самолета, которые жизненно необходимы для создания подъемной силы нли для размещения перевозимого груза. И если внимательно проследить эволюцию самолетных форм в 1920 — 1940-х годах, нетрудно увидеть, как постепенно отсекалось все ненужное для достйжения главной цели — максимальной скорости полета. Аэродинамики начали с устранения источников завихрения.
Еще В. А. Слесарев, выполнявший в Петербургском политехническом институте продувки для первых русских самолетов, убедился в выгодности плавного обтекания наружных стоек и тщательного «залнзывания» всех выступов, за которыми могут возникать вихревые следы. Поэтому в начале 20-х годов преобладавшая тогда бипланная схема постепенно облйгораживается — уменьшается число стоек и расчалок, круглые стойки заменяются эллиптическими и т. д. Но когда были достигнуты скорости 200 — 250 км!ч, эти полумеры оказались недостаточными, и на повестку дня стал вопрос о применении более радикальных средств снижения сопротивления.
В !925 году начались испытания туполевского ТБ-1— цельнометаллического бомбардировщика с одним свободнонесущим крылом без наружных подкреплений. Была доказана принципиальная возможность создания монопланов с весовой отдачей, не худшей, чем в привычных бнпланных конструкциях. Однако эта машина не дала сколько-нибудь значительного выигрыша в сопротивлении. И тем не менее именно она положила начало исследованиям, приведшим со временем к значительному качественному скачку в авиации. Прежде всего: какова наивыгоднейшая форма крыла в плане.
Мы уже писали, что с точки зрения снижения индуктивного сопротивления выгоднее всего эллиптическое крыло. На более сложное в изготовлении и менее прочное конструктивно, оно по мере повышения скорости 162 теряет свои преимущества перед трапециевидным крылом, ибо при этом индуктивное сопротивление играет все меньшую и меньшую роль по сравнению с сопротивлением трения.
Методы расчета трапециевидных крыльев, аэродннамически не уступавших эллиптическим, но более простых и прочных, в середине 20-х годов разработали советские ученые Б. Н. Юрьев, В. В. Голубев и другие. К середине 30-х годов вихревое и индуктивное сопротивление крыльев было практически сведено к минимуму, и на первое место выдвинулось исследование сопротивления трения, составлявшего у лучших образцов около 70 — 80% всего сопротивления.
Вше в 1926 году А. К. Мартынов, продувший в большой трубе ЦАГИ натурный фюзеляж самолета Ньюпор, показал, какую большую роль в лобовом сопротивлении играют «мелочи»вЂ” небольшие выступы, отверстия, швы обшивки. В середине 30-х годов А. А. Дородницын, К. К. Федяевский и Л. Г. Лойцянский распространили этот вывод и на крылья, лобовое сопротивление которых, как выяснилось, сильно зависело от гофров, шероховатостей обшивки и даже полукруглых головок заклепок. Анализ процессов, происходящих на поверхности, обтекаемой воздухом, навел исследователей на мысль, что можно создать такие формы крыла я фюзеляжа, на которых удастся предотвратить возникновение турбулентности, увеличить протяженность ламинарного пограничного слоя и тем самым снизить сопротивление трения. В 1938 году И.
В. Остоолавскнй и К. К. Федяевский разработали первые в нашей стране ламинизированные профили крыльев, коэффициент сопротивления которых был в два раза ниже, чем у ранее применявшихся профилей. Тем временем Г. П. Свнщев вел исследования по ламинизированным обводам фюзеляжей. В результате менее чем за двадцать лет сопротивление. например, истребителей удалось ' снизить в десять раз, а их скорость увеличить почти в три раза. За все эти блестящие достижения пришлось бы расплачиваться резким ухудшением взлетно-посадочных характеристик скоростных самолетов, если бы не изобретение Лахманна н фундаментальная теоретическая работа С. А.
Чаплыгина по разрезным крыльям... Как упоминалось ранее, еще в 1904 году Л. Праидтль доказал, что главная причина как резкого падения 163 подъемной силы, так и увеличения лобового сопротивления крыла при больших углах атаки — отрыв пограничного слоя от. верхней поверхности, образование широкой вихревой зоны с пониженным давлением за кры- лоМ. Если же каким-то путем удержать поток у поверхности, не дать ему оторваться от нее, можно получить значительное увеличение подъемной силы на том же самом крыле. Лахманн предложил для этой цели предкрылок, направляющий вдоль верхней поверхности высокоскоростную струю воздуха, которая, ускоряя заторможенный пограничный слой, ие дает ему оторваться от крыла.
Но, как выяснилось, это была не единственная возможность. Исследования С. А. Чаплыгина, В. В. Голубева, Н. С. Аржаникова и эксперименты Ф. Г. Гласса, П. П. Красильщнкова, К. А. Ушакова и других, проведенные в 1930 — 1934 годах, показали, что того же результата можно достичь, например, с помощью закрылкав и носков, отклонением которых удается менять кривизну профиля. Делая между этими поворотными частями н неподвижным крылом щели, в которых ускоряется воздух, сдувающий пограничный слой с верхней стороны крыла, можно достичь безотрывного обтекания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
