СЕРГЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ЧАПЛЫГИН

СЕРГЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ЧАПЛЫГИН (1869—1942)

СЕРГЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ЧАПЛЫГИН
(1869—1942)

Сергей Алексеевич Чаплыгин — русский и советский ученый, ученик Н.Е. Жуковского.

Под влиянием работ Жуковского по гидродинамике Чап­лыгин, еще будучи студентом Московского университета, написал статью «О движении тяжелых тел в несжимае­мой жидкости».

В 1890 г. Чаплыгин окончил универси­тет, а в 1894 г. начал в нем преподавание. Он преподавал также механику в 1896—1906 гг. в Московском техническом училище, а с 1901 г.—на Московских выс­ших женских курсах, которыми заведовал в период с 1905 по 1918 г.

Первые научные работы С. А. Чаплыгина были посвящены гидромеханике. В 1893 г. он написал большой мемуар «О некоторых случаях движения твердо­го тела в жидкости». В 1897 г. появился второй мемуар под тем же названием—магистерская диссертация Чап­лыгина. В этих работах Чаплыгина сказалось влияние геометрического направления в решении механических задач, характерного для работ Жуковского, в отличие, например, от аналитических по методу исследования ра­бот Стеклова.

Центральное место среди работ Чаплыгина занимают его исследования по механике жидкости и газа. Уже в 90-е годы Чаплыгин проявляет большой интерес к исследованию струйных течений. В 1899 г. Чаплыгин, при­мыкая к Жуковскому, но несколько иным способом, 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, как он писал, была «едва затронута».

В 1902 г. Чаплыгин опубликовал классическую работу «О газовых струях», в которой разработал метод, поз­воляющий во многих случаях найти решение ранее поставленной задачи о прерывном течении сжимаемого га­за. Работа Чаплыгина «О газовых струях» явилась его докторской диссертацией. В то время она не получила широкого признания. Одной из причин этого было то обстоятельство, что при скоростях, которые тогда исполь­зовались в авиации, не было необходимости в учете влия­ния сжимаемости воздуха, а в артиллерии наибольший интерес представляли исследования при скоростях, боль­ших скорости звука. Все значение этой работы для задач авиации раскрылось в начале 50-х годов XX в., ког­да скорости самолетов возросли настолько, что вопрос об учете влияния сжимаемости воздуха стал важнейшей проблемой.

В 1910 г. С. А. Чаплыгин начинает цикл работ по теории крыла. Результаты исследования аэродинамиче­ских сил, действующих на крыло самолета, Чаплыгин изложил в работе «О давлении плоско-параллельного по­тока на преграждающие тела (к теории аэроплана)» (1910), а также в докладе «Результаты теоретических исследований о движении аэропланов», сделанном в нояб­ре 1910 г. на заседании Московского общества воздухо­плавания и изданном в 1911 г.

Применение теории струй позволило оценить величину сил, действующих на прос­тейшее крыло — пластинку. Чаплыгин ссылается на соот­ветствующие работы Релея, Жуковского и на свою рабо­ту «О газовых струях», в которой он дал формулы для определения распределения скоростей и указал путь для вычисления давления в случае обтекания пластинки со срывом струй. Однако величина силы, действующей на пластинку, определенная по формулам теории струй, бы­ла значительно меньше опытных данных и далеко не достаточна, чтобы объяснить явление полета.

Чаплыгин исследует вопрос о подъемной силе, осно­вываясь на том, что появление циркуляции и подъем­ной силы связано с многозначностью потенциала ско­ростей, причем рассматривает циркуляцию скорости вок­руг бесконечно удаленной точки.

Чаплыгин также впервые изучил вопрос о величине продольного момента, действующего на крыло, считая этот вопрос существенным элементом теории крыла. На основе исследования общей формулы для момента подъ­емной силы он установил простую зависимость продоль­ного момента от угла атаки, которая лишь через несколь­ко лет была получена экспериментально и явилась впо­следствии одной из основных аэродинамических характе­ристик крыла.

Он показал, что коэффициент продольного момента при больших углах атаки положителен и умень­шается с уменьшением угла атаки, имея отрицательную величину при угле атаки, соответствующем нулевой подъ­емной силе. При отрицательных углах атаки момент, оставаясь отрицательным, увеличивается по абсолютной величине при увеличении абсолютного значения угла ата­ки крыла.

Чаплыгин указывал на наличие значительного опроки­дывающего момента, действующего на самолет, и предуп­реждал об опасности быстрого изменения угла атаки.

В своих работах Чаплыгин вывел интересное свойство изогнутых пластинок, показав, что при нулевом угле ата­ки подъемная сила пластинок зависит лишь от стрелки прогиба и не зависит от хорды пластинки.

Решив задачу о крыле бесконечного размаха, Чаплы­гин отмечал необходимость и важность решения задачи о крыле конечного размаха и при этом полагал, что крыло конечного размаха может быть моделировано вихревой схемой в виде П-образного вихря.

Основываясь на своей работе «О газовых струях», Чаплыгин показал, что результаты его исследований крыла бесконечного размаха, выполненные при условии обтека­ния тел несжимаемым потоком, могут быть применены к определению аэродинамических характеристик крыльев самолетов того времени. Вместе с тем он отмечал, что при некоторых скоростях полета и углах атаки могут возникнуть местные звуковые скорости, когда может на­ступать новое явление — течение с разрывом сплошности, и тогда полученные результаты не могут быть приме­нимы.

Идеи С. А. Чаплыгина нашли свое дальнейшее раз­витие в многочисленных работах советских и зарубеж­ных ученых.