Т. Карман - Аэродинамика. Избранные темы в их историческом развитии (1161639), страница 4
Текст из файла (страница 4)
И в качестве первой он указывает: Пути орла, на небе'. Здесь человек, по крайней мере, признает свое незнание азродннамики. [Остальные три «вещи» предоставлю искать самому читателю. Пгюледпюю часто приводят в качестве цитаты.) ' Библия, Ветхий Завет, Кггггга Притчей Оолоиоиоиых. Изд. Российского Библейского Общества. Москва, 1994, с. 671. А»родипамические исследоваз««»л до ори полетов В легенде, рассказанной в одной из эдд скандинавгкой мифологии, присутствуют некоторые наблюдения аэродинамического характера.
По-види»«о»«у; один человек, кузнец Велунд, ремесло которого заключалось в изготовлении оружия, также создал крылья, которые прикреплялись к его телу. Несомненно, он был очень злым человеком, поскольку, как мы видим (рнс. 1), он поднимал своих врагов в воздух и затем бросал их с высоты, чтобы убить. В соответствии с сагой, .записанной, возможно, в тринадцатом веке [1], но сложенной в пятом веке или ранее, Велунд, закончив делать свои первые крылья, задумал вместе с братом Эгилем испытать их, т.
е. совершить пробный полет. Брат спросил его: «Как я его совершу? Я ничего об этом не знаюю Промолвил Велунд медленно и выразительно., «Против ветра должен ты подняться легко, Затем, когда ты будешь снижаться, лети по ветру». Эгиль надел, как ему сказали, это одеяние из перьев И вскоре взлетел высоко в воздух, быстрый как птица, Легко и свободно как ввысь, так и вниз. Но когда он захотел спуститься на землю, Повернувшись, он полетел очень быстро по ветру, И головой вперед его перенесло на землю, и в своем падении С большим трудом спас он свою голову.
Вот что сказано в энде. Затем Эгиль спросил Велунда: «Как это может быть? Твои крылья хороши для взлета, но ненадежны при посадке! Должен признаться— добавил он, что если бы они действительно были хороши, я бы пе отдал их». Велунд ответил: «Когда я приказал, Что ты должен совершить свой спуск по ветру, Я сказал тебе неправду... Я не совсем доверял тебе. Запомни, что каждая птица, которая летает, Поднимается против ветра и также спускаегся». Глава 1 Рис. '2. Чертеж орнитоптера Леонарда да Винчи. Если мы обратимся от легенды к истории, то увидим, что многие великие люди с художесгвенным воображением изучали основные принципы полета птиц и размышляли о возможности полета человека.
Рисунки и записные книжки Леонардо да Внн ~и (1452 1519) представляют отличный пример подобных исследований [2~. Пгевидимому, он рассматривал два способа полета. Один состоял в имитации полета птицы. На рис. 2 мы видим человека, снабженного парой крыльев н машущего имн подобно птице. Сегодня летательный аппарат подобного типа мы можем назвать орнипюпшером, Другой спо- 1о Аеродиилмичесаис исследсеаиил до ари иолетос Рнс. 3. Иертеж вертолета Леонардо Ла Винч~.
соб основывался на воздушном. винте, который бы проходил сквозь воздух, мы называем его винтом Архимеда (рис. 3). Это предшественник современного вертолегнн. Отличительный признак, лежащий в основе обеих предложенных систем, заключался в вере в то, что поддержание веса тела и движение вперед должны выполняться одним и тем же механизмом. Этот принцип верен для птицы, чье движение вперед и поддержание веса вызваны движением одних и тех же крыльев.
Он также верен для вертолета. Мысль об имитации полета птицея господствовала в умах изобретателей в течение веков. Однако некоторыс из них нризнавали ограниченность простого копирования природы. Как однажды заметил Хайрем Максим, один из пионеров воздухоплавания в Великобритании; «Основа удачного локомотива --. не подражание слону». Основные понятия: законы сопротивления воздуха Ньютона Я хочу ограничиться онисанием динамического полета, т. е, рассмотреть летательный аппарат, который тяжелее воздуха. Развитие летательных аппаратов легче воздуха проходило более-менее независимо, по крайней мере в том, что касается свободного аэростата.
11ринцип поддержания с помощью гидро- ила аэросзатической подъемной силы понималн с тех нор, как Архнмед сформулирован свой знаменитый закон. Удачные эксперименты братьев Монгольфье предшествовали лкь бым сорьечным экснеримеьпам, нацеленным на динамический полет, 16 Глава 7 который означает поддержание с помощью сил, созданных в воздухе движением твердых те,л. Аэродинамика, дополнительно к аэростатике, занялась изучением задачи по |атон на елэростате, когда была предложена двигкущая сила аэростата. Подобные предложения появились очень скоро после первых успехов свободных аэростатов.
Бенджамин Фраль клин был одним из первых, кто размышлял в этом направлении, т. е. направлении, приведшем к созданию диригкаблей. Вернемся к проблеме летательного аппарата тяжелее воздуха. Как я уже говорил, идея поддержания с помощью машущих крыльев или винта предшествовала идее твердых летательных аппаратов. Мысль о том, что поддержания можно достигнуть с помощью движущихся наклонных поверхностей в направлении полета, при условии, что у нас есть механическая энергия, чтобы уравновесить сопротивление воздуха, препятствующего этому движению, возможно впервые ясно выразил англичанин сэр Джордж Кейли (1773-1857) (его надо отличать от математика Артура Кейли) в своих статьях по воздушной навигации, опубликованных в 1809 — 1810 годах [3]. Он принадлежал к группе энтузиастов, которые пытались решить проблему полета опытным путем, создавая модели и изучая полет птиц.
Однако в своей статье он четко определил и разделил задачу поддержания веса, или на современном научном языке задачу подъемной силы, и задачу лобового сопротивления, т. е. элемент общего сопротивления, который действует против направления полета и должен быть скомпенсирован движущей силой с тем, чтобы поддержать горизонтальныи полет. Кейли сделал несколько утверждений, доказывающих проницательность своих наблюдений о влиянии линий обтекания на сопротивление, например, в случае веретенообразных тел. Он говорил, согласно записи в своей Записной книжке по вопросам аэронав|пики и другим (Аегопаи6са) аггд Ммсейапеоив Хо1е-Воой) [4]: «С помощью эксперимента установлено, что для уменьшения сопротивления форма задней части веретена имеет не меньшее значение, чем форма передней его части>.
Кейли довольно скептически относился к тому. что теоретическая наука внесет существенный вклад в область исследования полетов: «Однако я боюсь, что вся эта тема такая неясная по существу, что ее полезнее исследовать с помощьнг эксперимента, чем на основе рассуждений [под этим он, несомненно, понимал теоретическое обоснование], и в отсутствие лнгбых 17 Азродс»наминсские исследования до эры полетов г г Рис, 4. Вверху; чертеж сэра Д»керджа Кейли профиля форели. (Рисунок из Записной книиски во вопросам аэронаотики и другим сэра Джордэсса Кейли [Кембрид»к, 1933]). Внизу: сравнение профиля форели Кейли с современным аэродинамическим профилем малого сопротивления. Круги показывают форель; с'сАСА 63А016. ЬВ 1с4-0016. убедительных доказательств того и другого единственный остаюсцийся способ — зто копирование природы:, поэтому я приведу в качестве примора тела форели и вальдшнепа».
В Записной книжке,. опубликованной погле смерти Кейли, находилс чертеж, воспроизведенный на рис.4. Кейли получил профиль, показанный на рисунке, измерив периметры различных поперечных сечений форели и разделив нзмеренные длины па три. Интересно отметить, что форма его профиля почти точно совпадает с некоторыми современными аэродинамическими профилями малого сопротивления, что можно увидеть на рисунке.
Таким образом, о принципе самолета, какой мы знаем сейчас, то есть твердого летателыюго аппарата, впервые заявил Кейли. Но для того, чтобы понять дальнейшее развитие самолета и оценить трудности, с которыми столкнулись пионеры авиации, мы должны рассмотреть состояние знаний в области аэродинамики во времена Кейли, и особенно знаний о силах, .влияюших на твердые тола, движу шиеся через текучую среду типа воздуха.
Для того, чтобы кратко обрисовать 18 Глава 1 знания и точки зрения, преобладающие в то время, мы должны вернуться назад в эпоху, когда была создана наука механика. Аристотель (384..322 до н.э.) упоминал о задаче твердых тел, движущихся в воздухе. Но поскольку он считал, что всегда существует сила, необходимая для того, чтобы поддерживать равномерное или даже замедленное движение, то он искал силу, которая толкает вперед летящий мяч, вместо того, чтобы искать силу, которая сопротивляется движевикэ. Галилео Галилей (1564 — 1642) признавал закон инерции, и верно понимал сопротивление воздухи.
Он наблюдал, что движение маятника медленно гасится сопротивлением воздуха, и фактически пытался определить зависимость сопротивления воздуха от скорости. Однако первучо теорикэ сопротивления воздуха, выведенную на основе принципов механики, дал сэр Исаак Ньютон (1642 1727) в Началаш (РЫовв1161ав Л'айгга1ьи Ркйпсгрш Ма11гетаУса) (5).
Во-первых, он ясно сформулировал, что силы, действующие между твердым телом и жидкостью, одинаковы, движется ли тело с некоторой равномерной скоростью через жидкость, первоначально находящуюся в состоянии покоя, или же жидкость движется с той же скоростью против телаг. Затем в тридцать третьем положении раздела 7 книги П он высказал три общих утверждения, справедливые для тел подобной формы. В этих трех утверждениях говорится, что силы, действующие на два геометрически подобных тела, .которые двшвются в жидкостях с различной плотностью, пропорциональны: а) квадрату скорости; б) квадрату линейных размеров тела,и в) плотности жидкости.
По Ньютону, эти утверждения следуют из основных законов механики на основе следующего доказательства. Рассмотрим тело в состоянии покоя, омываемое первоначально равномерным потоком жидкости с заданной скоростью, Сила, действующая на тело, может быть вызвана центробежными сгшами вследствие отклонения жидкости или воздействия частиц жидкости. В обоих случаях скорость изменения В механика!1ьютопа это утверждение появляется яак частный сзучай его принцнпа относительности. Что жс касается взаимодействия между телом и ноздушным потоком, то о нем заявлял Леонардо, сказав: эСопротивление вродмета воздуху в состоянии покоя равно сопротивлению воздуха. движущегося против предмета в состоянии покояэ (6).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
