СЕРГЕЙ
АЛЕКСЕЕВИЧ ЧАПЛЫГИН
(1869—1942)
Сергей Алексеевич Чаплыгин наряду с Н. Е.
Жуковским является самым выдающимся механиком конца XIX — первой
половины XX в. Его имя вошло в историю современной аэрогидродинамики.
Специалисты уже давно привыкли к таким выражениям, как “уравнение Чаплыгина”,
“формулы Чаплыгина”, “параболы Чаплыгина”, “постулат Чаплыгина — Жуковского” и
т. д. С. А. Чаплыгин известен и как один из ветеранов газовой динамики,
принимавший участие в разработке её основ.
Сергей Алексеевич Чаплыгин родился в городе Раненбурге (теперь город Чаплыгин). В 1886 г. он поступил
на фйзико-математический факультет Московского
университета. Под влиянием работ Н. Е. Жуковского по гидродинамике Чаплыгин, ещё будучи студентом, написал статью “О движении тяжёлых тел
в несжимаемой жидкости”. Способный студент после окончания в 1890 г.
университета по рекомендации Н. Е. Жуковского был оставлен при университете для
подготовки к профессорскому званию.
Преподавательскую деятельность в высших
учебных заведениях Чаплыгин начал в 1894 г. Он преподавал механику в Московском
университете, в Московском техническом училище, с 1901 г. на Московских высших
женских курсах, а с 1905 по 1918 г. руководил этими курсами.
Первые научные работы Чаплыгина были
посвящены гидромеханике. В 1893 г. он написал большой труд “О некоторых случаях
движения твёрдого тела в жидкости”, за который был удостоен премии имени профессора Брашмана. В 1897 г. появилась его вторая работа под этим
названием, за которую автор получил золотую университетскую медаль. Высоко
оценив её, Н. Е. Жуковский писал, что Чаплыгин “в двух своих прекрасных работах
показал, какой силой могут обладать остроумно поставленные геометрические
методы исследования”. Уже в начале своей научной деятельности Чаплыгин уделял
большое внимание разработке общих методов классической механики.
Много времени и сил молодой учёный отдавал
исследованиям по механике жидкости и газа, струйных течений (в 90-е годы
струйная теория являлась основой при изучении законов движения тел в жидкости).
В 1899 г. Чаплыгин несколько иным способом, чем его учитель Жуковский, решил
задачу о струйном обтекании пластинки потоком несжимаемой жидкости (“К вопросу
о струях в несжимаемой жидкости”). Особенно привлекала Чаплыгина задача о
струйном обтекании тел газом, которая до него, как он писал, была “едва
затронута”.
В 1906 г. вышли в свет созданная в
сотрудничестве с Жуковским работа Чаплыгина “О трении смазочного слоя между
шипом и подшипником”. В ней дано точное решение задачи о движении смазочного
слоя. Работа имела огромное практическое значение; она вызвала ряд развивающих
тему теоретических и экспериментальных исследований.
Особое место в научном творчестве Чаплыгина
занимает теоретическая разработка проблем, связанных с определением
аэродинамических сил, действующих на крыло аэроплана, и с отысканием
оптимальной формы крыла. В предисловии к работе “О давлении плоскопараллёльного
потока на преграждающие тела (к теории аэроплана)”,
доложенной Московскому математическому обществу в 1910 г., Чаплыгин писал:
“Одним из существенных вопросов в теории аэроплана
является вопрос о давлении воздуха на крыло. Решить эту задачу во всей её
сложности представляется весьма трудным и едва ли посильным современному
анализу. А потому представляется не лишённым интереса хотя бы приблизительно
выяснить источники возникновения давления на поддерживающие планы и оценить при
этом связь между углами их наклона к направлению движения и подъёмной силою”.
В этой работе Чаплыгин предложил способ
построения профиля крыла и дал формулы для определения величины, направления и
точки приложения равнодействующей силы давления на крыло. В заключение учёный
указал на возможную вихревую схему крыла конечного размаха. На основании
упрощённой схемы он получил формулы для определения подъёмной силы и
индуктивного сопротивления крыла. В 1914 г. Чаплыгин опубликовал статью
“Теория решётчатого крыла”. Она положила начало целому ряду работ
как самого Чаплыгина, так и других учёных, занимавшихся исследованием разрезных
крыльев. Именно тогда Чаплыгин указал, а в 1921 г. дал подробные
методы расчёта для системы крыла с предкрылком или закрылком.
Газовая динамика как самостоятельный раздел
гидродинамики оформилась примерно в 30-х годах нашего столетия. Однако ряд
русских и зарубежных учёных занимались её проблемами ещё в прошлом веке и на
рубеже XX столетия. Важным этапом в создании газовой динамики стала, в
частности, знаменитая работа Чаплыгина “О газовых струях”, написанная в 1902 г.
И можно с уверенностью сказать, что наш соотечественник был подлинным
основоположником аэродинамики больших скоростей.
До этой классической работы Чаплыгина
основные уравнения движения сжимаемой жидкости находили применение лишь в исследовании
неустановившихся движений газов. Вопросы обтекания тел при больших скоростях
оставались почти не рассмотренными. Именно Сергей Алексеевич рассмотрел и решил
в своём труде вопрос о том, в какой мере правомерно применять к аэродинамике
гидромеханику несжимаемой жидкости, т. е. принимать плотность постоянной.
В качестве переменной величины Чаплыгин взял
отношение квадрата скоростей газа к квадрату скорости звука. Для набегания струй на плоскую пластинку он получил зависимость
сопротивления от отношения скорости газа к скорости звука. Чаплыгин показал,
что при дозвуковых скоростях дифференциальное уравнение аэродинамической
задачи имеет тот же вид, что и уравнение для несжимаемой жидкости; но при
сверхзвуковых скоростях оно имеет совсем другой вид. Решения столь различных
уравнений существенно отличаются друг от друга, а
следовательно, и течение с дозвуковыми скоростями существенно отличается от
течения со сверхзвуковыми скоростями. Так, например, в первом случае картина
движения не зависит от величины скорости газа на бесконечности, а во втором,
напротив зависит, и при изменении этой последней будет изменяться вся картина
потока.
Важность работы Чаплыгина “О газовых струях”
заключается не только в непосредственно полученных результатах, но и в применённых
им методах. Они широко используются во всех странах и в настоящее время. Помимо
использования в теории плоскопараллёльных течений газа, эта работа получила
впоследствии применение и при изучении обтекания острых конусов сверхзвуковым
потоком.
В начале нашего века работа “О газовых
струях” не получила широкого распространения и признания. Это было естественно,
так как в то время проблемы движения на очень больших и тем более на
сверхзвуковых скоростях не были острыми. Для относительно малых скоростей аэродинамики
с успехом пользовались формулами гидродинамики несжимаемой жидкости. Но уже в
30-х годах, когда скорости самолётов стали приближаться к
звуковым, сама жизнь поставила на повестку дня вопрос о создании новой науки о
движении и обтекании тел при звуковых и сверхзвуковых скоростях. И основы этой
науки — газовой динамики — были заложены Чаплыгиным в его работе “О газовых
струях”. Через 32 года после её появления, в 1935 г. зарубежные учёные Л.
Прандтль и Т. Карман в своих докладах излагали основные положения теории,
созданной нашим соотечественником.
Великая Октябрьская социалистическая
революция открыла перед Чаплыгиным возможность ещё шире применить свой многосторонние способности для решения не только
больших теоретических проблем, но и многих задач, поставленных практикой
социалистического строительства. Вместе с Жуковским он активно участвовал в
1918 г. в организации Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ), а
после смерти своего учителя и друга стал руководителем этого крупнейшего научного
центра. В ЦАГИ, сразу же после его организации, начали разрабатываться
актуальные задачи в области механики жидкости и газов и, в частности, задачи
аэродинамики больших скоростей. И Чаплыгин вносит в их решение огромный вклад.
При избрании его в 1929 г. действительным членом Академии наук СССР академик А.
Н. Крылов говорил о нём: “С. А. Чаплыгин по своему таланту
как математик, по своим работам, создавшим новые важные методы для решения
труднейших, но самою жизнью поставленных задач авиации, проявивший себя как
организатор не только высшего учебного и учёного учреждения, но и величайшей в
мире исследовательской лаборатории по аэро- и
гидродинамике является именно таким кандидатом, которым наша Академия может
гордиться”.
Научная деятельность Чаплыгина в советский
период была весьма плодотворной. Особенно крупные результаты были получены им в
области аэрогидродинамики. В 1921 г. вышла работа
Чаплыгина “Схематическая теория разрезного крыла аэроплана”. В работе “К общей
теории крыла моноплана”, опубликованной в 1922 г., Чаплыгин ввёл для анализа
устойчивости профиля крыла так называемую параболу устойчивости. В работе были
рассмотрены некоторые типы профилей с округлённой задней кромкой, введён в
науку ряд важнейших понятий и идей, часть которых, по-видимому, будет
использована и в будущем.
В работе “О влиянии плоскопараллёльного
потока воздуха на движущееся в нём цилиндрическое крыло”, опубликованной в 1926
г., Чаплыгин заложил основы нового важного раздела аэродинамики и теории
самолёта, впервые создал общий метод для нахождения сил давления воздуха на
крыло самолёта при каком угодно его движении. До этой работы во всех
исследованиях по теории крыла предполагалось, что крыло движется поступательно
с постоянной скоростью, что далеко не всегда соотвётсвует
действительности, как, например, в том случае, когда самолёт делает петлю
Нестерова.
В 1931 г. Чаплыгин совместно с профессором Н.
С. Аржаниковым публикует работу “К теории открылка и
закрылка”, получившую широкую известность в СССР и за границей. Ему же принадлежат
исследования по новым схемам обтекания. В работе “О подъёмной силе и
сопротивлении длинного плоского крыла в предположении срыва с его верхней
поверхности” (1933) Чаплыгин вместе с А. Л. Лаврентьевым рассмотрел схему
промежуточного между схемой теории струй и схемой полного обтекания.
С. А. Чаплыгин в течение полувека вёл
самоотверженную работу во имя развития отечественной науки. Он сыграл большую
роль в быстром прогрессе нашей авиации.
Советское правительство высоко оценило
заслуги замечательного учёного. За выдающиеся достижения в области аэрогидродинамики Чаплыгин был награждён орденами Ленина и
Трудового Красного Знамени, а в 1941 г., в день пятидесятилетнего юбилея
научной деятельности, академик С. А. Чаплыгин, признанный руководитель советской
школы теоретической аэродинамики, был удостоен звания Героя Социалистического
Труда.
Когда началась Великая Отечественная война,
Чаплыгин все свой знания и огромный опыт отдал работе в ЦАГИ, работе по
укреплению мощи советской авиации.
С именем С. А. Чаплыгина связаны многие
страницы истории механики в СССР. Великий учёный внёс большой вклад в такие
важные отделы механики, как гидродинамика, аэродинамика, теория упругости,
баллистика и др. Многие методы и теоремы Чаплыгина составляют основу
современного механико-математического образования и излагаются под его именем в
учебных руководствах. Чаплыгин прославился не только результатами собственной
научной деятельности, но и как основатель больших научных школ в области
гидродинамики, аэродинамики и их технических приложений. Выдающееся значение
имела и его педагогическая деятельность в высших учебных заведениях Москвы.
email: KarimovI@rambler.ru
Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21
Теоретическая механика Строительная механика
Прикладная механика Детали машин Теория машин и механизмов
