Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.astronaut.ru/bookcase/books/salah07/text/03.htm
Дата изменения: Sun Jun 2 13:03:04 2013
Дата индексирования: Sun Apr 10 10:11:35 2016
Кодировка: Windows-1251
Поисковые слова: redshift survey
Аэродинамика
АЭРОДИНАМИКА
 
В 1890-1891 гг. К.Э. Циолковский закончил свою первую теоретическую работу по аэродинамике, известную под названием 'К вопросу о летании посредством крыльев'. В то время для расчетов силы давления потока воздуха на плоскую пластинку использовалась ударная формула Ньютона, полученная в предположении, что на пластинку площадью S воздействует поток жидкости (воздуха) объемом SVn, где Vn - его скорость. Тогда по формуле F = ma при условии, что V0 = 0, а t = 1 следовало:

(1)
где:
F - сила сопротивления,
K - поправочный коэффициент,
d - объемный вес жидкости,
g - ускорение свободного падения.
 


Рис.1
К.Э. Циолковский предложил альтернативную модель: круглая пластинка увлекает за собой сферу жидкости, скорости частиц в которой изменяются от скорости пластинки до нуля на периферии этой сферы (см. рис. 1).
 
 
Площади пластинки и начальной сферы равны: 2pr2 = 4pHI2. Отношение скоростей этой сферы и сферы любого другого радиуса:

(2)
где:
V - скорость сферического слоя жидкости радиусом H,
Vr - скорость пластинки радиусом r нормальная к потоку.
 
Работа:

(3)
где:
dm - вес сферического слоя толщиной в dH.
 
Поскольку
dm = 4 p d H2 dH
то с учетом (2) интегрированием он получил:

(4)
Если H = r, то то работа равна той, которая необходима, чтобы сообщить сфере постоянную скорость Vn, т.е.
 
С учетом H = и p r2 (замена круга прямоугольной пластинкой), он получил:

(5)
 
Эту формулу он считал пригодной для неустановившегося движения жидкости, т.е. только для ее трогания с места, что было ошибочно.
Далее К.Э. Циолковский перешел к вопросу о давлении на пластинку потока воздуха, скорость которого составляет с ее плоскостью некоторый угол i (см. рис. 2).


Рис.2
 
При этом он выбрал нереалистичную физическую модель. Он считал, что за счет параллельного движения пластинки будет увеличиваться нормальное давление на нее за счет захвата ею в единицу времени большего количества воздуха, который будет только страгиваться с места в соответствии с формулой (5). Он считал, что при одной нормальной скорости пластинка сообщает движение воздуху близ площади величиной ab (см. рис. 2), а при параллельном (самой себе) движении она сообщает движение воздуху близ поверхности длиной в Vp и шириной в a, т.е. площади в Vpa, которая больше предыдущей в:
 

   раз

(6)
 
Тогда на основании (5) и (6) сила давления (F) для этого случая составит:
что ошибочно, так как:

(7)
 
Далее. Пластинка, стронув, таким образом, поток с места, продолжает, по мнению К.Э. Циолковского, его двигать и дальше в установившемся режиме, когда нормальная сила сопротивления вычисляется по принятой в то время обычной формуле (1).
Тогда полное давление он находил суммированием (1) и (7), что было ошибочно. Учитывая
он получил:

(8)
 
Полагая, что угол i мал, он пишет:

(9)
 
что неверно, поскольку в скобках вместо 1 должен стоять sin i, а также g - лишний.
Далее он писал: '... из этой формулы видно, что при малости угла i сила давления пропорциональная sin i, как это теперь принимают все авторы по сопротивлению'.
Когда работа была опубликована, он стал утверждать, что опроверг И. Ньютона, в формуле которого эта сила была пропорциональна sin2 i. Кроме того, он стал утверждать, что теоретически установил зависимость силы сопротивления от удлиненности плоской пластинки.
Из рис. 2, однако, следует, что при малом i поток будет параллельным пластинке, что К.Э. Циолковский не заметил, и сила нормального давления будет, вообще говоря, равна 0 и останется только сила трения, которую он вообще не рассматривал. Кроме того, зависимость давления от a [ b получилась у него в результате целого ряда недоразумений, так что приписывать ему авторство в этом вопросе нецелесообразно. Наконец, все это было уже известно из экспериментальных исследований (см.[14, с.84-85]).


Рис.3
Свои теоретические изыскания К.Э. Циолковский подтвердил и экспериментально. Однако его физическая модель и экспериментальная модель оказались неадекватными, поскольку все свои опыты он проводил с вращающимися пластинками (рис. 3), а теория была посвящена пластинке, не изменяющей свое положение по отношению к вектору скорости воздушного потока.
Таким образом, эту работу К.Э.Циолковского читали только он сам и автор этих строк, а те, кто расхваливает ее, видимо, имеют большие проблемы со своим образованием, тем более, что это восхваление продолжается даже после выхода книги [14].
 
С 1894 г. К.Э. Циолковский начал свои работы по экспериментальной аэродинамике, а в 1897г. построил аэродинамическую трубу открытого типа. В литературе существует мнение о его приоритете в создании такой трубы в России, однако впервые аэродинамическая труба 'закрытого' типа была создана в 1881 г. В.А. Пашкевичем. Кроме того, К.Э. Циолковский 'списал' свое устройство у Х. Максима, а заимствованная идея в принципе не может быть предметом приоритета.
В январе 1900 г. по рекомендации академика М.А. Рыкачева Российская Академия наук выделила К.Э. Циолковскому небольшие средства для проведения аэродинамических экспериментов. До него никто их не проводил в таком значительном объеме. Он впервые наглядно показал необходимость широких и всесторонних экспериментальных исследований в аэродинамических трубах. Результаты, полученные им, были обширны и внушительны. Он впервые показал, что сопротивление дирижабля будет меньше, если его носовая часть будет не конической, а сферической, что кормовая часть оказывает большое влияние на величину этого сопротивления, попытался оценить величину трения для этого аппарата. Он опроверг бытовавшее в то время мнение (и практику) о возможности вычислять сопротивление кривых поверхностей как суммарное от воображаемых наклонных пластинок и пр.
Однако на подготовленный для Академии Отчет К.Э. Циолковского академик М.А. Рыкачев, понимая, что попадает в двойственное положение, вынужден был дать отрицательный отзыв и не рекомендовать его в печать. Поводом для этого послужили два его замечания. Во-первых, он попросил автора предоставить запись параметров атмосферы во время проведения опытов, а, во-вторых, дополнить Отчет результатами всех экспериментов, в том числе и неудачных, с тем, чтобы можно было судить о достоверности сделанных выводов. Другими словами, он попросил предоставить доказательства к выводам, что является основной задачей любого научного исследования. Однако К.Э. Циолковский ни то, ни другое замечание учесть не смог - он попросту провел свои эксперименты 'на глазок' и требуемой информации у него не было.
С нашей точки зрения этот Отчет следовало бы опубликовать в Трудах АН России со вступительной статьей академика М.А. Рыкачева, в которой были бы отмечены все недостатки исследования К.Э. Циолковского.
История, между тем, не терпит сослагательного наклонения. Эта работа К.Э. Циолковского была дискредитирована АН России. Н.Е. Жуковский, например, к которому она была позже направлена, настолько не имел к ней интереса, что не только с ней не ознакомился, но и попросту потерял.
В своих отзывах на работу [14] заслуженный деятель науки и техники РФ профессор М.И. Ништ рассмотрел вопрос о точности экспериментов К.Э Циолковского, что само по себе представляется достаточно интересным с исторической точки зрения. Несмотря на то, что остаются неизвестными параметры атмосферы, при которых проводил свои эксперименты К.Э. Циолковский, М.И. Ништ пришел к выводу, что они были достаточно точными. Этот факт, однако, он пытается использовать для доказательства того, что академик М.И. Рыкачев необоснованно не опубликовал этот Отчет. С таким подходом согласиться вряд ли можно. Дело все в том, что М.И. Рыкачев как раз и просил у К.Э. Циолковского предоставить доказательства степени точности его экспериментов - это как раз и входило в научную задачу исследователя. Что должен был делать М.И. Рыкачев в ответ на утверждение К.Э. Циолковского о том, что кормовая часть увеличивает аэродинамическое сопротивление, уменьшает его или оставляет без изменения? Попросить данные наблюдений. Именно это он и сделал и не его вина, что исследователь не смог их предоставить.
К.Э. Циолковский, таким образом, не внес никакого вклада в когнитивные аспекты аэродинамики, хотя в социальном плане этот вклад был заметен: он показал на необходимость аэродинамических экспериментов и сделал ряд выводов о качественных аспектах сопряжения различных тел с набегающим потоком воздуха. Мнение о том, что он опроверг формулу И. Ньютона о давлении воздушного потока на плоскую пластинку и установил зависимость этого давления от ее удлиненности, является ошибочным. Считать К.Э. Циолковского основоположником аэродинамики, как это предлагают многие авторы, представляется необоснованным

Далее...