Техника - молодёжи 1983-04, страница 66

РОЖДЕННЫЕ ВИХРЕМ

Г. Смирнов.

М., «Знание», 1982.

Гидроаэродинамика... Целый мир научных теорий, гипотез и открытий, мир дифференциальных уравнений и методов их решений, сложнейших, зачастую весьма дорогостоящих экспериментов. Течение жидкостей и газов в трубах и каналах, работа реактивных двигателей, турбин, эжекторов и других газовых машин, полет самолетов и птиц, движение воздушных масс в атмосфере, морские течения и многое, многое другое входит в сферу рассмотрения гидроаэродинамики. И кажется совершенно невероятным, что об этой науке можно рассказать простым, доступным языком без единой формулы, без единого уравнения.

Мяч устанавливается в сектор для подачи углового. Короткий разбег и... Неискушенному зрителю это кажется чудом. Футбольный мяч по замысловатой дуге, минуя оторопевших защитников и вратаря, влетает в сетку ворот. Еще более удивительным нравом обладают мячи, применяемые в таких спортивных играх, как гольф, крикет. «Аэродинамической поэмой» назвал автор книги, о которой пойдет речь, полет крикетного мяча," который то летит строго по баллистической кривой, то вдруг резко замедляет движение либо сворачивает в сторону. Какие же силы заставляют так «куролесить» спортивные снаряды?

«С незапамятных времен люди сталкивались с могуществом гидроаэродинамических сил, но лишь сравнительно недавно ученым стало ясно, что порождает их вихрь...» Эта фраза стоит на обложке книги Германа Смирнова, вышедшей недавно в серии «Жизнь замечательных идей» и ставшей библиографической редкостью, едва появившись на книжных прилавках. Перед автором стояла задача огромной трудности: среди моря фактов, имен, событий и дат проследить путь становления гидродинамики как науки, историю развития методов расчета двух главных сил, этих «двух китов» гидро

аэродинамики — подъемной силы и силы сопротивления, без которых невозможно предсказать полет ракеты в атмосфере, спроектировать современное судно, поднять в воздух самолет. Неимоверно труден и тернист оказался путь к пониманию природы сил, действующих на тело при его движении в сопротивляющейся среде.

История этого вопроса уходит в глубокую древность. Еще великий Аристотель пытался понять, как взаимодействует движущееся тело с окружающей средой. Конечно, сейчас нельзя без улыбки воспринимать его рассуждения, брошенное тело освобождает за собой пространство, в которое устремляется окружающий воздух и подталкивает тело вперед. А ведь учение Аристотеля непоколебимо царило в науке два тысячелетия! И лишь опыты с «шароброса-нием», начало которым положил Галилей, позволили ввести понятие о гидродинамическом сопротивлении, зависящем от формы и размеров тела. Огромный вклад в развитие учения о сопротивлении движущихся тел, который не мог не Уценить по достоинству автор книги, внес Исаак Ньютон. Он первым выявил функциональную зависимость сопротивления от скорости, поперечного сечения тела и плотности жидкости, а также ввел в обиход понятие коэффициента сопротивления. Именно в этом коэффициенте и оказались скрыты самые головоломные загадки гид-[$>аэродинамики.

Бурный подъем промышленного производства в Европе, развитие судоходства по рекам и каналам, наконец, изобретение даровой машины и парохода поставили перед учеными вопрос о разработке способов расчета силы сопротивления. Прежде всего это было необходимо для определения мощности паровой машины, потребной для достижения заданной скорости судна. Труды таких выдающихся ученых, как Бернулли, Эйлер, Боссю, Дюбуа, Томсон (лорд Кельвин), хоть сами по себе внесли значительный вклад .в развитие учения о гидродинамическом сопротивлении, однако так и не дали ответа на вопрос: как вычислить сопротивление корпуса будущего судна?

«Маленькие модели, без которых невозможны большие корабли» — так называется одна ^з глав книги. Трудно переоценить вклад теории моделирования в гидродинамику. Появление первых опытовых бассейнов и проведение экспериментальных исследований на моделях позволили не только заметно снизить сопротивление строящихся кораблей, но и получить ряд замечательных фундаментальных результатов, которые устранили главную трудность в проектировании пароходов. Совершенно

справедливо автор замечает, что и авиация самим своим зарождением обязана моделям, ибо задолго до того, как в воздух поднялся первый аэроплан, сотни, тысячи маленьких моделей крыльев были испытаны в аэродинамических трубах.

На рубеже XIX—XX веков наука вплотную подошла к разгадке тайн силы сопротивления и подъемной силы. Эксперименты Магнуса с вращающимся в потоке цилиндром при! вели к блестящему выводу: поперечная сила, возникающая на вращающемся цилиндре, имеет точно такое же происхождение, как и подъемная сила птичьего и самолетного крыла. Вращение, циркуляция, вихрь... Завихрения порождают сопротивление, циркуляция порождает подъемную силу! Колоссальные усилия выдающихся ученых Гельмгольца, Жуковского, Чаплыгина, Прандтля, Рей-нольдса, фон Кармана привели наконец к созданию теории подъемной силы крыла и лобового сопротивления.

Каждая глава книги — самостоятельный рассказ о замечательных открытиях, взлетах и падениях, удачах и поражениях на тяжком пути познания, рассказ со своим сюжетом, своими героями. В то же время это не нарушает целостности книги. Последовательно и неуклонно ведет автор читателя к пониманию природы гидродинамических сил, в доступной форме, ярко и увлекательно знакомит с работами и открытиями ц^.-лой плеяды замечательных ученых, просто и непринужденно рассказывает о таких сложнейших понятиях гидроаэродинамики, как вихрь, циркуляция, теория крыла, турбулентное и ламинарное течения, пограничный слой. В довольно небольшую по объему книжку автору удалось вместить очень много информации. Конечно, при этом не обошлось без некоторой калейдоскопичности изложения. Огромное количество имен, фактов, событий в какой-то мере затрудняет восприятие книги, однако нельзя винить в этом автора, поскольку сама история развития учения о гидродинамических силах диктует именно такое построение сюжета.

Что такое роторное судно, как снизить сопротивление корабля, в чем заключается эффект Коанда, какие силы разрушили знаменитый Та г комский мост в США, какое сопротивление испытывает «Эмпайр Стейт Билдинг» во время урагана, как вычислить мощность гигантской головы из известной пушкинской сказки — все эти и многие другие вопросы нашли свое отражение на страницах книги. Она заинтересует и самый широкий круг читателей, и специалистов-аэродинамиков.

БОРИС КАЧАЛОВ, ■нженер-фжзик

62

«