Техника - молодёжи 1985-11, страница 48

1

ВЕСЕЛЫ

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ

ДОКАЗАТЕЛЬСТВА

касаюшшсв dtyx полых отраслей науки

относящихся

И

Механике МестномуЛвижению

t и н в в р а

ГААИЛЕО ГАЛИЛЕЯ ЛИНЧ ЕО

4 ы первого математика

сБетлейшгго ^.mUiu i'e^uoi-в тосканского

с приложением о центрах тяжести различных гел

су^а

ПЕРЕВОД с н долгова РЕДАКЦИЯ.ПРЕДИСЛОВИЕ И ПРИМЕЧАНИЯ

а.н.лолгова

государственное технико теоретическое издательство "«««•А МСИХЮТ .«Г>.Г»ЛА

Обложка книги Галилео Галилея по сопротивлению материалов.

Первая в мире динамическая модель крыла самолета, предназначенная для изучения флаттера.

явилось у человечества далеко не сразу. Познание их — результат длительного пути поисков.

В то время как математика уже стала полноправной областью научных знаний, до открытия основных законов прочности было еще очень далеко. Уже были известны Евклидова геометрия. Птолемеева система движения небесных тел. Известно было многое другое. А что происходит с балкой, когда на нее действует поперечная сила, люди не знали. Объясняется это тем, что даже простейшие аспекты прочности много сложнее и труднее поддаются абстрагированию, чем, скажем, категории геометрические или числовые.

Творцом науки о прочности, ее зачинателем был великий ученый Гелилео Галилей. И официальной датой ее рождения можно считать 1638 год — год выхода книги Галилея. Но прошло еще добрых два столетия, потребовались труды многих первоклассных ученых и инженеров, прежде чем основные разделы науки о прочности стали обиходным инструментом инженерной практики.

По крайней мере, и во второй половине XIX века «мирно сосуществовали» инженерная практика, основанная на сведениях, полученных из предшествующего (подчас горького) опыта, и молодая, еще не окрепшая (и во многом также ошибавшаяся) теория. Пер-

Они, к счастью, достаточно редки. Но от них, подстерегающих нас при движении техники вперед в область неизведанного, инженеры не застрахованы. Плод невидимой работы прочнистов, предмет их законной гордости — отсутствие ЧП, вызванных недостаточной прочностью конструкции.

Слова «прочная конструкция» мы употребляем в чисто житейском смысле — конструкция не разрушается при экстремальных, достаточно редких, внешних воздействиях и исправно выполняет свои фунции, подвергаясь многочисленным воздействиям (нагрузкам), возникающим при нормальных режимах ее эксплуатации.

Материальные «твердые» тела, из которых состоят машины, обладают одним общим свойством — способностью сохранять свою форму, противостоять воздействию на них внешней нагрузки — совокупности механических сил. Это противодействие реализуется благодаря присущим всем телам свойствам прочности. Понимание этих свойств и способов управления ими по-

вая со скепсисом и предубеждением относилась ко второй. И вначале для этого имелись достаточные основания. Когда только что окончивший морской корпус А. Н. Крылов (будущий академик) был направлен на судостроительную верфь, ее главный кораблестроитель, самоучка-практик П. А. Титов дал новичку задание: подобрать такие размеры сечения балки, чтобы она выдержала определенную нагрузку. При этом он написал какие-то цифры на бумаге и спрятал ее в стол. Когда Крылов справился с заданием, Титов вытащил бумажку с цифрами, как оказалось, прикинутыми на глазок, сверил их с принесенными и удивленно заметил: «Твои формулы, мичман, правильные».

Но уже к концу века что-либо новое нельзя было строить на глазок. Такая попытка заведомо была обречена на неудачу. И тем не менее известно, например, что много раз А. Н. Туполев, не имея расчетов, подходил к самолету и сразу говорил: «Сломается здесь». И так действительно оказывалось. Но в данном случае интуиция была основана

на сочетании опыта с хорошей инженерной выучкой.

...Итак, ОКБ получило задание спроектировать новый самолет. Конструкторам выдавали только основные требования, которым он должен отвечать. В их совокупность входят: максимальная скорость, дальность и высота полета, грузоподъемность и многое другое. Все это называют ТУ (технические условия). Как правило, по ряду указанных в ТУ требований новый аппарат выходит за пределы, ранее достигнутые в авиации. Иногда даже не существует его прототипа.

Как же будут разворачиваться события дальше! На начальной стадии конструкторы на основании ряда соображений, в которых далеко не последнее место занимают интуитивные, готовят в общих чертах первоначальный набросок конструкции. Параллельно в работу включаются прочнисты. Они прикидывают, можно ли реализовать такую конструкцию и в какую «цену» это обойдется. На этом этапе инженер может и даже должен дать волю своей фантазии. Именно так!

Не случайно один из выдающихся русских инженеров-прочнистов, профессор В. Л. Кирпичев, написал даже статью «О значении фантазии для инженера» (эта брошюра не потеряла своей актуальности и сейчас). Но безбрежно «воспарять мыслью» он также не может.

Выбирая облик конструкции, инженер должен считаться с рядом объективных закономерностей. Одной из них, к примеру, является закон «квадраты-кубы». Дело в том, что масса конструкции определяется ее объемом, то есть кубом характерных размеров. Прочность же зависит от площади поперечного сечения силового элемента, то есть от квадрата характерных линейных величин. Эта закономерность и «управляет» в основном относительной массой конструкции. Она играет существенную роль в проектировании и выборе конструктивного облика летательных аппаратов. Закон «квадраты-кубы» и был установлен Галилеем еще в 30-х годах xvii столетия.

С помощью такого анализа облик конструкции становится более «зримым». Наступает вторая стадия — эскизное проектирование. Здесь опять, но уже более детально — с привлечением лабораторных и теоретических исследований, испытаний образцов,— проходит проработка будущей конструкции. Наконец происходит отбор. Из ряда вариантов выбирается окончательный, наиболее приемлемый. Начинается рабочее проектирование.

С самого его начала и до самого конца в нем активно участвуют инженеры-прочнисты. Их вердикт зачастую окончателен и «обжалованию не подлежит». Мы употребили выражение «цена». Очевидно, при проектировании каждого аппарата нужно знать, чего следует ожидать (и опасаться). Знать, какие

45