Л.Г. Лойцянский - Механика жидкости и газа (1950) (1123863), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Рааоты Рейнольдса послужили на ~алом создания геории турбулентного движения, применение которой н вопросах гидравлики, гидротехники, метеорологии, теории сопротивления и теплопередачи оказалось весьма обширным и плодотворным. Изучение дви'кения вязкой жидкости между двумя вращающимися цилиндрами привело в 1883 г.
знаменитого русского инженера Н. П. Петрова к созданию гидродинамической теории трения обильно смазанных подшипников. Строгое решение той же задачи было указано Н. Е, Жуковским в работах, опубликованных в 1886 и 1887 гг. Уточнение и обобщение этой теории трения была провелено в работах Рейнольдса, Зоммерфельда, Митчелла и др.
Рассмотрение движения вязкой жидкости по капиллярным труокам легло в основу созлания теории филыириции жилкости сквозь песчаные грунты и трещиноватые породы. Первые шаги в этом направлении были сделаны французским гидравликом дарси в 1856 г., показавшим пропорциональность скорости фильтрации потере напора. Пракзпческие задачи о фильтрационных лвижениях воды в грунтах пол введения гидротехническими сооружениями, нефти сквозь почву и другие составили предмет огроьпюго числа исследований; особенно надо отметить замечательные работы Н. Е. Жуковского в 1889 и 1890 и, а также теорию плоского фильтрационного движения академика Н. Н. Павловского, опубликованную в 1921 г.
О дальнейшем развитии этого направления в советских работах речь будет еще впереди. Параллельно с развитием гидродинамики вязкой жидкости протекало и создание дипажики сжимаемого газа. Первоначальные исследования в этой области были тешю связаны с зарождением двух основных разделов физики: термодинамики и акустики; первый из них развивался в связи с появлением паровой техники, второй стимулировался главным образом теорией музыкальных инструментов и физиологией слуха. Первое теоретическое определение скорости звука — скорости распространения упругих волн малой амплитуды †д Ньютон, показавший, что скорость распространения звука в воздухе, если рассматривать этот процесс как изотермический, пропорциональна корню квадратному из отношения давления воздуха к его плотности. На самом леле, как показал значительно позднее Лаплас, процесс распространения звуковых колебаний приближается к адпабатическому, что привело Лапласа к формуле, применяемой и в настоящее время.
Формула эта, данная Лапласом в первом десятилетии прошлого века, отличается от формулы Ньютонз коэффициентом под знаком корня, равным отношению теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме. Основная система дифференциальных уравнений динамики сжимаемого газа появилась примерно в середине прошлого века, после того как к системе уравнений Эйлера и уравнения неразрывности было присоединено уравнение баланса энергий, выведенное из первого начала термодинамики, а также уравнение состояния газа.
Несмотря на строгую математическую постановку задачи и наличие к тому времени раавитых методов решения дифференциальных уравнений, решение уравнений газодинамики представило, даже при простейших предположениях об отсутствии вихрей, об адиабатичности потока и др., непреодолимые трудности.
И в настоящее время имеется лишь небольшое число случаев точного решения задач газодинамики, зато значительную разработку получили приближенные методы, принадлежащие, главным образом, советским ученым. Принципиальные особенности движения газа со сверхзвуковыми скоростями были отмечены впервые в середине прошлого века Допплером. Выдающийся геометр Риманп (1826 — 1866) в классическом мемуаре, относящемся к 1860 г., теоретически доказал возможность возникновения поверхностей разрыва в газовом потоке, вначале непрерывном; эти разрывы были названы ударными волнами. эпохз эйлшл и ввннзлли. дввятнлдцлтый взк 911 Наибольшее развитие, в связи с задачами, вставшими перед создателями паровых турбин, получила газовая гидравлика, предметом изучения которой явились одномерные течения сжимаемого газа с болья ями до- и сверхзвуковыми скоростями по трубам и соплам, вопросы истечения газа из резервуаров и тому подобные явления.
Эго направление механики сжимаемого газа нашло опору в общих теоремах: количеств движения, теореме Бернулли, баланса энергии, а также з основных закономерностях термодинамики газа. Наиболее популярным и важным результатом этого направления следует признать класси ческую формулу Сен-Венана и Ванцеля (1839), связывающую скорость адиабатического истечения газа с давлением и плотностью газа в резервуаре и с противодавлением. Элементарная газогидравлическая теория скажа уплотнения, установившая связь между давлением и плотностью до и после скачка, была дана Рэнкиным в 1870 г. и Гюгонио в 1887 г.; явление образования скачков уплотнения в сопле Лаваля было обнаружено я изучено Стодола. 11олпого своего расцвета газовая динамика достигла лишь в первой половине нашего века в связи с вставшими перед нею запросами авиации, турбостроения н техники реактивного движения.
Об этом згапе развития газовой динамики и особенно большом значении советских исследователей в этом направлении будет сказано в следуюпгем параграфе. Конец Х!Х в. ознаменовался высоким подъемом всеобщего интереса к воздухоплаванию. Не преследуя в настоящем курсе цель изложени специальных вопросов аэромеханикн самолета, мы не будем останавливаться и на истории авиации, неразрывна связанной с историей развития аэродинамики.
Упомянем лишь, что в первых рядах борцов за создание авиации, наряду с Жуковским и Лилиенталем, долн<ны быть поставлены имена Д. И. Менделеева (1834 †19) н К. Э. Ниолковского (1857 — 1935). Широко известна роль Д. И. Менделеева в развитии учения о газах при больших и малых давлениях, его теоретические и экспериментальные заслуги в области метеорологии высоких слоев атмосферы. Л. И. Менделееву принадлежит опубликованная в 1880 г. фундаментальная монография „О сопротивлении жидкостей и воздухоплавании', з которой не только дается систематическое и критическое изложение существовавших к тому времени работ по теории сопротивления, по и приводятся оригинальные идеи Менделеева в этом направлении, з частности, указывается на важное значение вязкости жидкости при определении сопротивления трения хорошо обтекаемого тела.
Н Е. Жуковский высоко ценил эту книгу. Д. И. Менделеев, всегда служивший образцом ученого, тесно связывающего все свои открытия с запросами народного хозяйства своей родины, пе отрывал научные интересы в области аэродинамики зада~ поздухоплзвания и не только сам лично создавал проекты аввдени! новых летательных апгшратов, но и всемерно помогал изобретателяМ, работавшим в том же направлении. Так, в 1877 г. Д. И Менделеев помог известному конструктору первого самолета А.
Ф. Можайскому, в 1890 г. представил Русскому техническому обществу проект цельно- металлического дирижабля К. Э. Циолковского. Выдаю!нинся русский ученый и изобретатель К. Э. Циолковский, создал в 1896 г. первую аэродинамическую трубу, на которой проводил опыты по определению сопротивления тел. Ему принадлежит целый ряд смелых технических идей: возможность завоевания мирового пространства при помощи ракет, первые проекты ракетопланов, проекты цельнометаллических дирижаблей и др.
К. Э. Циолковский установил первые формулы реактивного движения снаряда с переменной массой. й 6. Современный этап развития механики жидкости и газа Первое место среди создателей современной механики жидкости и !.аза принадлежит по праву советским ученым, которые не только продвинули далеко вперед теорию, но и разработали замечательные методы экспериментального исследования гидроаэродинамических явлений. Крупнейшим событием, обусловившим прогресс авиации и турбостроения, было появление в начале нашего века теории крыла самолета, созданной гением двух величайших русских ученых— Н. Е.
Жуковского П847 †19) и С. А. Чаплыгина (1869 †19). Н. Е. Жуковский является основоположником учения о подъемной силе крыла в плоскопараллельном погоке. Знаменитая формула Жуковского, выра>каюпгая подъемную силу крыла в виде произведения плотности жидкости на скорость движения в ней крыла и на напряжение ,присоединенных вихрей" илн „циркуляцию", опубликованная в 1906 г., получила всеобщее признание как основа теории подъемной силы крыла.
Зарубежные историки аэродинамики пытаются без достаточных к тому оснований поделить приоритет Жуковского на эту формулу с немецким ученым Кутта, работа которого по вопросу о подьемной силе частного вида крыла была опубликована несколько ранее работы Жуковского. При этом затушевывается тот основной истори!ескнй факт, что только Жуковский дал первую общую теорию подъемной силы, основанную на смелой и оригинальной идее „присоединенного вихря". Приоритет нз циркуляционную теорию подъемной силы великого русского ученого, далеко продвинувшего вперед разрешение почти всех основных гидроаэродинамических проблем своего времени и открывшего новые пути развития современной механики жидкости и газа, совершенно неоспорим. Способ определения величины циркуляции, входящей в формулу Жуковского, долго занимал умы аэродинамиков всего мира, пока в самом конце 1909 г. С. А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
