Становление авиационной науки в России (70-е гг. XIX в. - начало XX в.)

МГТУ  ГА  2 курс заочное обучение

                                     ТЕМА № 4

 

 
Становление авиационной  науки в России.

 

(70-е гг. XIX в. - начало XX в.) 

 

 

ПЛАН

       1.  Введение.

  2. Аэродинамические  опыты и исследования М.А. Рыкачева, Д.И. Менделеева.

 

  3. Вклад  в науку авиастроения  С.К. Джевецкого.

 

       4. Роль в науке авиастроения Д.К. Чернова.

 

        5. Н.Е. Жуковский - основоположник авиационной науки.

         6. Работы К.Э. Циолковского.

 

          7.  А.Ф. Можайский - создатель первого отечественного самолета.

 

   8. Заключение.

 

    9.  Список используемой литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение.

С семидесятых годов XIX в. русские новаторы развертывают чрезвычайно энергичную работу, охватывая все стороны развития воздухоплавания и авиации. Русская научная мысль все настойчивее и успешнее овладевает новыми и новыми теоретическими высотами Все заметнее складывается русская научная школа аэродинамики, занявшая одно из самых передовых мест. Несмотря на отсутствие должной поддержки со стороны правящих классов, все большее число деятелей становится в ряды становления авиационной науки, чтобы внести новое в авиастроение России.

2. В 60-х и 70-х годах XIX в. много и успешно потрудился Михаил Александрович Рыкачев, совершавший подъемы на воздушных шарах для изучения верхних слоев атмосферы и занимавшийся изучением подъемной силы геликоптерного винта. В 1871 г. он опубликовал в "Морском сборнике? работу: "Первые опыты над подъемною силою винта, вращаемого в воздухе". Рыкачев предвидел на сорок лет исследования по этому же вопросу, выполненные французом Эйфелем только в 1910 г.

   У истоков русской аэродинамической и гидродинамической школы стоял Дмитрий Иванович Менделеев , успехи которой в советское время привели к созданию самолетов, являющихся прообразом летательных аппаратов наступающего века, к успехам, которыми продолжает гордиться наша страна.

В 1878 году Менделеев публикует  работу "О сопротивлении жидкостей и воздухоплавании", в которой не только дается систематическое и критическое изложение существовавших к тому времени взглядов на сопротивление среды, но и приводятся оригинальные идеи Менделеева в этом направлении, в частности, указывается на важное значение вязкости жидкости при определении сопротивления трения хорошо обтекаемого тела.

Будучи одним из инициаторов создания отдела воздухоплавания, Д.И. Менделеев помогает в работе не только К.Э. Циолковскому, но и А.Ф. Можайскому, работает над созданием первого русского ледокола, занимается вопросами конструирования подводной лодки и летательных аппаратов.

Экспериментальные исследования сжимаемости газов позволяют Д.И. Менделееву получить уравнение газового состояния, ныне известное как "уравнение Менделеева - Клапейрона", лежащее в основе современной газовой динамики.

Для повышения безопасности полета на высотных воздушных шарах Д.И. Менделеев предложил в статье, опубликованной в Женеве в 1876 году, использовать вместо открытой корзины герметическую гондолу, в которой можно поддерживать атмосферное давление. Через 55 лет швейцарец Огюст Пикар совершил первый полет в стратосферу на стратостате с герметической гондолой.

В 1876 году, исследуя упругость газов, Д.И. Менделеев изготовил чувствительный барометр, который он положил в основу высотометра, несколько образцов, которого было изготовлено и испытано офицерами генерального штаба, а вскоре было налажено их производство.

Д.И. Менделеев и сам  принимает участие в освоении "воздушного океана"- в 1887 году во время полного солнечного затмения поднимается на воздушном шаре"Русский" на большую высоту и так оценивает его материальную часть: "достойна больших похвал; видно, что сооружали дело знатоки..." Но это был не первый подъем Менделеева на воздушном шаре- первый имел место в 1872году на парижской выставке (но тогда аэростат был привязным).

 

 3. В восьмидесятых годах XIX в. успешно занимался теоретическими вопросами Степан Карлович Джевецкий, автор работ: "О сопротивлении воздуха в применении к полету птиц и аэропланов"; "О новой теории для объяснения полета птиц и аэропланов"; "Теоретическое решение вопроса о парении птиц"; "Теория расчета винтового движения". Он также был строителем одного из первых опытных самолетов.

        В 1910 р. С. К. Джевецкий опубликовал работу «Воздушные винты». Это была первая в истории авиации теория расчёта пропеллера. Теория С. К. Джевецкого рассматривала лопасти винта как крыло. На лопасти выделялся элемент, который исследовался как элемент крыла. В результате серьёзного математического исследования С. К. Джевецкий определил условия максимальной производительности воздушных винтов, величину угла атаки, которую нужно дать элементам винта для максимальной производительности, соответствующие размеры длины лопастей, способы вычерчивания шагов различных лопастей, поперечные размеры лопастей, формулу для определения числа лопастей.

Теория С. К. Джевецкого оказалась простой и удобной  в инженерных расчётах. Зная форму  винта, можно, пользуясь ею, вычислить  мощность и тягу винта при заданных скорости полёта и числе оборотов мотора. Ширину лопасти и угол атаки, при которых можно осуществить заданную силу тяги, и сейчас вычисляют по Джевецкому. Он указал наиболее удобный винт для практических целей с постоянным углом атаки и постоянной шириной лопасти.    

Главная ценность теории С. К. Джевецкого заключалась в создании метода расчёта лопасти. Этим методом широко воспользовались другие исследователи. Поток, создаваемый воздушным винтом, Джевецким не учитывался.

С. К. Джевецкий не ограничился  теоретическими изысканиями, но занялся и практическим конструированием винтов. Он предложил конструкцию нормального винта, а затем, уже живя в Париже, создал своё конструкторское бюро и небольшое винтовое производство при нём.

С. К. Джевецкий известен и как создатель самолёта оригинальной конструкции с двумя плоскостями - передней и задней. Такое расположение плоскостей он выбрал, исходя из условия обеспечения устойчивости, что явилось тогда краеугольным камнем конструирования самолёта.

Особо следует отметить стиль работы С. К. Джевецкого при  создании этого самолёта. Прежде всего, он строго научно выбрал профили плоскостей, пользуясь данными аэродинамическихпродувок лаборатории Эйфеля. Затем, сделав аэродинамический расчёт са

молёта, построил его  модель в 1/10 о натуральной величины. Эту модель он испытывал в лаборатории Эйфеля, причём она показала полную автоматическую устойчивость. Кроме того, опытным путём определялись величины подъёмной силы и лобового сопротивления, оказавшиеся весьма удовлетворительными. Далее, С. К. Джевецкий построил диаграмму для определения расчётных элементов горизонтального полёта аэроплана при различных углах атаки: положение центра тяжести, скорости полёта, тяги винта и мощности двигателя.

Тщательность проработки всех вопросов конструкции не позволяла  сомневаться в её высоких качествах. Самолёт был построен и экспонирован на 4-й Международной воздухоплавательной выставке в Париже в 1912 году.

        

       4. Автором выдающейся теоретической работы по авиации был знаменитый русский ученый, основоположник металлографии и учения о сталях Дмитрий Константинович Чернов, напечатавший в 1894 г. работу: "О наступлении возможности механического воздухоплавания без баллонов". Правильно поставив вопрос о необходимости создания опытным путем средств для механического полета, Чернов выдвинул новые предложения, оправданные последующей практикой. В частности, он доказал выгодность применять крыло изогнутого профиля. Он обратил внимание на целесообразность расчленять крыло на элементы, чем предварил создание разрезного крыла, получившего признание в наши годы.

 

  5. Решающее значение в авиационной науке имели работы Николая Егоровича Жуковского. В 1876 г. он опубликовал свой первый труд - магистерскую диссертацию "Кинематика жидкого тела".

        Жуковский сразу проявил свои блестящие качества как исследователь. Опираясь на аналитический и геометрический способ, он внес ясность в очень сложный вопрос о движении жидкой частицы, положив начало новой отрасли науки - тензорному анализу, оказавшемуся посильным для других исследователей только через много лет.

         Вслед за первой печатной работой Н. Е. Жуковского появились всегда оригинальные и глубокие по своему содержанию. Обширен перечень областей науки и техники, обогащенных классическими работами Н. Е. Жуковского. Предметом его труда были: теоретическая, аналитическая и прикладная механика. Он занимался в следующих областях: теоретические и практические вопросы движения твердых и жидких тел, разработка способов определения планетных орбит, движение подпочвенных вод, теоретические и практические вопросы водоснабжения, теория и практика артиллерии, теория гироскопов, теория и практика судостроения, приборостроение, теория электротехники, машиностроение, теория и практика гидротехники и многие другие. Он изучал разнообразнейшие и притом самые сложные вопросы от движения небесных тел до фильтрации воды в плотинах и снеговых заносов на железных дорогах.

          При всей важности работ Н. Е. Жуковского в разнообразнейших областях особо выделяются его труды, легшие в основу последующего развития авиации.

     Н. Е. Жуковский сразу пошел по решающему пути. В годы, когда полеты были возможны только на аэростатах, он направил все свое внимание на механический полет. Он лично производил опыты, сооружал для испытаний крылья. Из-за полного отсутствия материальной базы он вынужден был испытывать первые свои крылья, привязывая их к самому себе и затем набирая скорость на примитивном велосипеде-"пауке", как называли велосипеды с одним большим и с одним малым колесом.

           Во время заграничных поездок он тщательно знакомился с зарубежным опытом. Его внимание особенно привлекли опыты Лилиенталя, работавшего с планерами. Приступив к своим опытам с планерами, Н. Е. Жуковский вынужден был делать все издержки из своих ограниченных средств, вплоть до покупки токарного станка. Вскоре он выработал свою особую технику изготовления летательных приборов, выполненных в основном из шелка и камыша.

     В 1890 г. Н. Е. Жуковский опубликовал первый труд, посвященный новому делу: "К теории летания". В октябре 1891 г. на заседании Московского математического общества он прочитал доклад "О парении птиц", напечатанный в 1892 г. Обобщив в этом труде весь свой опыт и критическое изучение всех предшествующих работ, он пошел чрезвычайно далеко вперед. Здесь впервые даны траектории полета птиц и аэропланов, выведенные на основе математических расчетов.

          Особенно важно то, что в этой работе Н. Е. Жуковский на основании теоретических выкладок показал возможность осуществления самых сложных движений в воздухе. Разбирая скольжение парящей птицы, он доказал возможность осуществления в воздухе мертвой петли. Эта работа, выполненная еще до создания аэропланов, способных летать, дала теоретические основы будущего высшего пилотажа.

   Предсказанная в 1891 г. Н. Е. Жуковским мертвая петля была впервые осуществлена  1913 г. русским же исследователем-летчиком П. Н. Нестеровым, родоначальником высшего пилотажа.

         Вслед за первыми исследованиями Н. Е. Жуковского в деле механического полета стали появляться все новые его труды, в том числе: "О наивыгоднейшем угле наклона аэропланов" - 1897 г.; "О крылатых пропеллерах" - 1898 г.; "О воздухоплаван Одновременно он продолжал проводить исследования во многих других областях. Многие из этих работ создали эпоху. Именно такой была работа "О гидравлическом ударе в водопроводных трубах", напечатанная в 1899 г. и переведенная на западноевропейские языки.

            В конце XIX в. участились аварийные разрывы водопроводных труб во многих городах. Для борьбы с этим необходимо было установить причины и характер самого явления. Это сделал Жуковский, давший законченную теорию, учитывающую упругость воды, материал труб, четко вскрывшую возникающие в трубах волны давления. Его исследования впервые позволили, не выходя из водокачки, определять место аварии.

        Еще важнее то, что он дал инженерам возможность своевременно принимать меры, чтобы избежать аварий.

         Н. Е. Жуковский еще в эти годы начал создавать свою школу, лучшим представителем которой был тогда еще молодой Сергей Алексеевич Чаплыгин, блестяще продолжавший в дальнейшем дело Жуковского.

          С 1889 г, в Московском университете производились под руководством Чуковского исследования по разнообразным вопросам воздухоплавания и авиации, изучались и опробовались модели летательных машин и элементы таких машин. Оборудования не было, средства отсутствовали, но это не могло остановить исследователя. Он привлекал молодежь, работал вместе со студентами, выступал как организатор общественных начинаний в авиации и воздухоплавании, делал доклады в научных обществах и на съездах.

           В 1902 г. ему удалось осуществить свою давнишнюю мечту, построив аэродинамическую трубу в Московском университете, одну из первых в Европе. Он создал также другие оригинальные установки.

       В 1906 г. вышла из печати работа Н. Е. Жуковского: "О присоединенных вихрях". Эта работа открыла новую эпоху в развитии авиационной науки. Н. Е. Жуковский открыл причины возникновения подъемной силы у крыла и дал точную формулу для вычисления этой силы. Развитие авиации с этого времени опирается на открытие Жуковского.