Главная > Разное > Аэродинамика. Избранные темы в их историческом развитии
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Экспериментальные методы в ранней аэродинамике

За два века между публикацией Начал Ньютона и датой первого механического полета, было проведено огромное количество наблюдений для определения сопротивления, испытываемого телом. У доказательства Ньютона было одно великое достоинство. Он говорил о текучих средах вообще и указал, что один и тот же закон применим как к воде, так и к воздуху. Силы пропорциональны относительным плотностям. Это утверждение дало возможность применить результаты измерений, сделанные в воде, к движению в воздухе, и наоборот. Конечно, оно явилось великим шагом вперед.

В длинном перечне экспериментаторов, инженеров и физиков, мы найдем имена многих известных ученых. Эдм Мариотт (1620-1684) измерил силу, действующую на плоскую пластину, погруженную в поток воды. Эксперименты Жана Шарля де Борда (1773-1799) включали тела различной формы; он приводил тела в движение в воде с помощью

Рис. 6. Карусельная установка Бенджамина Робинса. (Из книги Handbuch der Experimentalphysik [Leipzip, 1931], IV, Teil 2; воспроизводится с разрешения Akademische Verlagsgesellschaft.)

вращающегося рычага, так называемой карусельной установки. Этот метод ранее применял Бенджамин Робинс (1707-1751), который выполнял свой эксперимент в воздухе (рис. 6). Метод карусельной установки применялся вплоть до настоящего времени. Однако у него есть недостаток, поскольку через некоторое время вода или воздух начинают вращаться вместе с рычагом и трудно точно определить скорость модели относительно окружающего ее воздуха или воды.

При измерении сопротивления тела, для которого применяли его прямолинейное протаскивание в жидкости, использовалось несколько экспериментальных методов. Жан Лерон Даламбер (1717-1783), Антуан Кондорсе (1743-1794) и Шарль Боссю (1730-1814) буксировали модели кораблей в стоячей воде. Возможно, это было первым применением так называемого метода буксировочного бассейна. Для перемещения моделей в прямолинейном движении по воздуху использовали локомотивы, а позднее автомобили. Однако этот метод не очень точен. Во-первых, им можно пользоваться только в отсутствие ветра, и, во-вторых, очень трудно вычислить влияние дна.

(см. скан)

Рис. 7. Установка Эйфеля для измерения сопротивления плоской пластины. (Из книги G. Eiffel, Recherches experimentales sur la resistance de I’air executees a la tour Eiffel [Paris, 1910].)

Еще один метод создания прямолинейного движения — свободное падение тела в воздухе. Ньютон сам наблюдал за сферами, падающими с купола собора Святого Павла. Этот метод применяли многие исследователи. Замечательные эксперименты проводили в конце девятнадцатого и начале двадцатого века Александр Густав Эйфель (1832-1923)

и его сотрудники, использовав башню в Париже, названную в честь Эйфеля [7]. На рис. 7 показана экспериментальная установка Эйфеля для измерения сопротивления плоской пластины. Регистрирующий измерительный прибор R состоял из цилиндра, который поворачивался со скоростью пропорциональной скорости падающей системы относительно управляющего кабеля. На этом цилиндре регистрировались две записи. Камертон записывал время. Пружинный динамометр, вставляемый между пластиной и несущей рамой, регистрировал силу, действующую между этими двумя участками. Теперь, поскольку время задавалось как функция смещения, можно рассчитать фактическое ускорение. Разница между фактическим ускорением и ускорением вследствие силы тяжести равна разнице между измеренной силой и силой, возникшей вследствие сопротивления воздуха, деленной на массу, связанную с пластиной.

Рис. 8. Старая динамическая труба Ахенского университета; построена в 1912—1913 годах. Размеры даны в метрах.

Лучший метод для измерения сопротивления воздуха — поместить модель в искусственный поток воздуха, т. е. метод аэродинамической трубы (рис. 8). Первым человеком, создавшим подобную установку, был Франсис Герберт Уэнем (1824-1908), член-учредитель Общества

(см. скан)

Рис. 9. Современная аэродинамическая труба. Изображение с частным разрезом сверхзвуковой аэродинамической трубы NACA 6 на 6 футов, Эймской лаборатории по аэронавтике, Мофет Филд, Калифорния. (С разрешения Национального консультативного комитета по аэронавтике (NACA).)

по аэронавтике Великобритании, разработавший в 1871 году аэродинамическую трубу для этого Общества. В 1884 году другой англичанин, Горацио Филлипс (1845 1912), построил усовершенствованную аэродинамическую трубу. Вслед за ними было построено еще несколько небольших аэродинамических труб; например, в 1891 году Николай Егорович Жуковский (1847-1921) в Московском университете построил трубу два фута в диаметре. В первом десятилетии нашего века аэродинамические трубы были построены почти во всех странах. Среди строителей были Стантон и Максим в Англии, Рато и Эйфель во Франции, Прандтль в Германии, Крокко в Италии. Жуковский и Рябушинский в России. По сравнению с современными огромными трубами эти установки были сравнительно скромными. Например, ни у одной аэродинамической трубы, построенной до 1910 года, мощность не превышала 100 лошадиных сил. Сегодня аэродинамическая труба во французских Альпах использует гидравлическую энергию до 120 (ИИ) лошадиных сил, и я полагаю, что самая крупная аэродинамическая

труба, планируемая к постройке в этой стране, будет использовать примерно четверть миллиона лошадиных сил для приведения в движение воздушного потока. Одна из наших самых мощных труб показана на рис. 9. Научные исследования, по крайней мере насколько это касается методов исследования, развивались примерно в том же темпе, что и авиастроение.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление