Новости

03

Ноября

От наблюдений за парением птиц – к бионическому дизайну


03 ноября 1891 года на заседании Московского математического общества Николай Егорович Жуковский прочитал свой знаменитый доклад "О парении птиц", в котором дал математическое обоснование фигурных полётов и сделал первый шаг к созданию теоретических основ аэродинамики. Спустя 130 лет мы наблюдаем на авиасалонах МАКС лётную программу, в которой демонстрируются сложнейшие фигуры высшего пилотажа, часть из которых была впервые обоснована отцом русской авиации задолго до появления первых аэропланов.

Даже одна эта работа могла бы навсегда вписать имя Н.Е. Жуковского в мировую историю авиации. В числе прочих трудов "отца русской авиации" она легла в основу аэродинамики – науки, позволяющей рассчитывать конструкцию и динамику летательных аппаратов тяжелее воздуха.

Когда Н. Жуковский в 1880-е годы заинтересовался полётами, он был уже признанным учёным и отличался исключительной многосторонностью научных интересов. Анализируя парение птиц, Н. Жуковский ищет объяснение причины тому, почему птица, будучи тяжелее воздуха, может иногда не просто держаться в воздухе, но и набирать при этом высоту. Изучение физики полёта и роли птичьего крыла в ней должны были дать ответы на вопросы о том, какие физические силы работают при парении птиц в воздушном потоке, как влияет плотность и динамика воздушных слоёв на сам процесс парения? Проведя глубокий анализ собственных наблюдений, а также исследований парения птиц таких европейских предшественников, как Рейли, Лилиенталь, Бреттонье и других, Н. Жуковский составил собственную исчерпывающую на тот момент теорию. Ему удалось вывести оригинальные формулы, теоретически объяснив наблюдения европейских орнитологов и физиков. В докладе "О парении птиц" он впервые дал математическое решение задачи о парении птиц в спокойной и неспокойной атмосфере, в горизонтальной плоскости, со снижением и набором высоты.

Работа, вышедшая в свет ещё до появления способных летать аэропланов, послужила теоретической основой для выполнения в будущем фигур высшего пилотажа. На основании разбора скольжения парящей птицы Н. Жуковским была впервые математически обоснована возможность осуществления самых сложных движений в воздухе. Предсказанная им "мёртвая петля" спустя 22 года была выполнена знаменитым русским лётчиком-исследователем Петром Нестеровым на самолёте "Ньюпор-4": 27 августа 1913 года он впервые в мире описывает на самолёте полный круг в вертикальной плоскости, названный впоследствии "петлёй Нестерова".

До доказательства теоремы Н. Жуковского о подъёмной силе крыла оставалось совсем немного: в 1906 году выйдет вторая важнейшая работа учёного "О присоединённых вихрях", в которой будет сделан решающий шаг на пути к теоретическому обоснованию полётов. Н. Жуковский доказывает теорему, носящую его имя – выводит формулу для расчёта подъёмной силы, развиваемой крылом произвольной формы. Эта формула впоследствии ляжет в основу аэродинамических расчётов крыльев, компрессоров, воздушных винтов, винтокрылых аппаратов и многих других машин. Выяснив, что подъёмная сила зависит от ряда факторов, в числе которых – форма крыла, скорость полёта и плотность воздуха, он дал ответ на главный вопрос о том, откуда берется подъёмная сила крыла.

Исследования Н. Жуковского стали базовыми для целого ряда дальнейших открытий в области воздухоплавания: им были разработаны оптимальные способы горизонтального полёта, сформулирована теорема о количественной величине подъёмной силы крыла, определены основные профили крыльев и лопастей винта самолёта; разработана вихревая теория воздушного винта. Опыты, проведенные Н. Жуковским, позволили ему создать общую аэродинамическую теорию, потребность в которой в то время ощущалась очень остро: летательные аппараты строились больше "интуитивно", чем на основе расчётов и понимания физики процесса полёта, что часто приводило к трагическим последствиям.

Сегодня, спустя более чем 100 лет, созданный Н.Е. Жуковским и носящий его имя Центральный аэрогидродинамический институт остается в России во главе решения фундаментальных, поисковых и прикладных научно-технических задач для разработки новых поколений летательных аппаратов. Традиционно ЦАГИ представляет на авиасалонах МАКС обширную научную и деловую программу. Центром экспозиции института на МАКС-2021 стал международный проект "НЦМУ "Сверхзвук", посвящённый изучению технологий создания сверхзвукового пассажирского самолёта (СПС) нового поколения. Посетители салона смогли увидеть масштабную модель демонстратора технологий СПС "Стриж". Продолжением сверхзвуковой тематики экспозиции стали модель изолированного воздухозаборника и модель сопла с системой шумоглушения для акустического стенда, а также информация об исследованиях в области конструкций, использующих принципы бионического дизайна. Так на новом витке развития технологий, спустя 130 лет после публикации доклада Николая Жуковского "О парении птиц", учёные и авиаконструкторы продолжают искать решение сложных технических задач в том числе и в природе, используя бионические методы проектирования.

Следим за развитием проекта НЦМУ "Сверхзвук" на МАКС-2023!