Механика сплошных вторников

вторник, 12 апреля 2016 г.

понедельник, 11 апреля 2016 г.

Фамилия Жуковский в России очень знаменита. Поэты, военачальники, учёные... Самое интересное, что они между собой не родственники; что-то такое есть в самой фамилии, наверное. Николай Егорович Жуковский один из таких знаменитых представителей знаменитой фамилии. В честь него назван город Жуковский в Московской области и много других занимательных предметов и мест, не только на Земле. Для хорошего человека ничего не жалко, но перебор тоже нехорошо.

Лишнего не жалко, плохо, что происходит искажение действительного положения вещей, что приводит к невежеству. Так, в русскоязычной Википедии мы можем найти следующие титулы Николая Егоровича: основоположник современной аэродинамики, «отец русской авиации». Насколько они оправданы?

Возьмём в руки, к примеру, "Энциклопедическiй лексиконъ", изданный в Санкт-Петербурге в 1835-м году. В третьем томе мы можем найти словарную статью следующего содержания:

Из коей любой здравомыслящий человек заключит, что наука аэродинамика была известна под своим именем за много лет до рождения Николая Егоровича. Если угодно делать упор на слово современная, то достижения Жуковского в аэродинамике, кои несомненно были, давным-давно ушли в историю и ничем не выделяются в перспективе от деяний других создателей этой науки. Интересуют они, в основном, студентов, до сдачи экзаменов.

Памятник в Москве, в районе Аэропорт
фото автора

Тоже самое можно сказать и о русской авиации. За всю свою жизнь Николай Егорович не построил ни одного самолёта, ни одного планера, не создал ни одного авиамотора. Первым русским авиатором был Михаил Никифорович Ефимов, совершивший свой первый полёт в 1909-м году. Первый действительно летающий самолёт в России был построен Сикорским в 1911-м году. Созданием воздушного флота с 1909-го года заведовал великий князь Александр Михайлович. Жуковский в то время вёл кружки. Отцом русской авиации он стал в 1920-м году декретом Ленина и вскорости после этого умер, Владимир Ильич не надолго его пережил.

Я долго колебался, стоит ли вообще писать отдельный пост о Жуковском, хотя его обычно поминают у нас в контексте истории ветроэнергетики. Тем более, что я его уже упомянул. Но, поняв, что придётся написать об Уфимцеве, которого на танке не объедешь, не написать о Жуковском мне кажется нечестным. Итак, Николай Егорович не был основоположником аэродинамики, не был он и отцом русской авиации. Кем же он тогда был? Давайте только факты, без фантазий и лирики.

Во-первых, он был учителем. С самого начала своей самостоятельной жизни и до самого её конца преподавание было основным его занятием. Он писал и читал лекции, у него были ученики, которые действительно были его ученики. Жуковский был профессором-белоручкой.

Во-вторых, он был прикладным математиком. Николай Егорович не занимался математикой как таковой, он её использовал как инструмент. Он был из тех редких людей, которые знали как можно применить на практике эту эфирную и бесполезную вещь -- высшую математику. Именно так, не математик и не физик, а прикладной математик. От того столь обширны были сферы применения его таланта: от канализации до астрономии.

В-третьих, он был организатором. И как организатор он действительно многое сделал для отечественной авиации. Да, попросту, спас её от полного исчезновения посреди революционного безумия.

В-четвёртых, он и сам был любознательным и других просвещал, перенося свой педагогический дар в общественное поле, был популяризатором науки.

В-пятых, он действительно был отцом, отцом двоих незаконнорожденных детей. Потому что мама запретила жениться пятидесятилетнему профессору.

В-шестых, с чего бы следовало начать, Жуковский обладал научной честностью и не присваивал себе чужих достижений, даже находок своих многочисленных учеников. Нет не только фактов подтверждения плагиата, но и спорные моменты (с Чаплыгиным, например) действительно спорные, а не недоказанные. Поэтому профессор Жуковский пользовался уважением среди коллег как внутри страны, так и за рубежом.

Некоторые из перечисленных пунктов вступают между собой в противоречие. Но... как однажды сказал поэт, "...гений, парадоксов друг". Николай Егорович действительно производил на людей впечатление гения, этакий доктор Гаспар из сказки Ю.Олеши:

Как лететь с земли до звезд,
Как поймать лису за хвост,
Как из камня сделать пар,
Знает доктор наш Гаспар.

Только не сделать, а вычислить. Делали, как мы знаем, другие люди. Жуковский, помимо всего прочего, узнал, как вычислить обтекание аэродинамического профиля. Того самого профиля, который испытали и промерили братья Лилиенталь, а Виндинг и Йенсен предложили использовать в лопастях ветряных турбин. Что же касается математического аппарата, то Жуковский, как обычно, прибег к хорошо проверенным средствам.

К оглавлению

Вперёд

вторник, 5 апреля 2016 г.

У пожарных дел полно

Брандмейстер Поль Виндинг

Но вернёмся в Данию, на сто лет назад. В нулевые годы двадцатого века компания, основанная Полем Ла Куром, запустила в эксплуатацию около 30 ветряных турбин. Почти все они имели дизайн крыльев, разработанный ещё самим Ла Куром в его аэродинамической трубе. Успехи, вообще говоря, скромные. Более того, чем дальше, тем дела обстояли всё хуже... кабы не война. Как известно, война кому мачеха, а кому мать родна. Во время первой мировой войны Дания испытала недостаток в поставках ископаемого топлива (которого она в то время сама не добывала), что вызвало бум строительства ветроэлектростанций. В 1914-1918 гг. в Дании работало уже около 250 ветряных турбин, но после окончания войны их число резко пошло на спад, и к 20-му году осталось всего 75 штук. Причина всё та же, что была обрисована лордом Кельвином. Требовались новые изобретения.

Одно из них запатентовал ещё один датчанин по имени Поль и с говорящей фамилией Виндинг (Povl Vinding) (vind по-датски "ветер"). Поль Виндинг родился в 1886 году, не намного раньше первой датской ветроэлектростанции. В юношестве он получил профобразование для работы с железками, что-то вроде ПТУ, затем продолжил обучение и в 1909-м году защитил диплом инженера-электрика, пройдя путь от солдата до лейтенанта, образно говоря. Но настоящие погоны были впереди. В том же году Поль Виндинг поступает на обязательную воинскую службу, а по увольнении в следующем году возвращается в свой Политехнический, где участвует в проекте создания единой энергетической системы Дании. В 1914-м году, после непродолжительного участия в Первой мировой войне, Поля Виндинга принимают в пожарную службу Копенгагена. И тут он реализует все возможности, которые ему предоставляет сложная, ответственная работа, требующая непрерывной готовности. Поль Виндинг становится настоящим активистом инженерного дела, участвует в различных обществах, выступает на конференциях, подготавливает проекты и при этом продвигается по службе на основном месте работы. Защищает диссертацию, становится членом Академии технических наук, пишет книги, издаёт журналы, фотографирует, наконец... сами знаете, талантливый человек талантлив во всем, тем более, когда у него есть работа мечты.

Пожарная команда, 1921-й год, фото Поля Виндинга.

Но не стану перечислять все его заслуги, которые, кроме шуток, действительно велики, упомяну лишь одно его мимолётное достижение, имеющее непосредственное отношение к нашему повествованию. В 1919-м году Поль Виндинг совместно с Йоханнесом Йенсеном (Johannes Jensen) получает патент на ветряную мельницу, крылья которой, теперь точнее сказать лопасти, имеют обтекаемую форму подобно лопастям пропеллера самолёта. К сожалению, биография Йенсена утрачена, вероятно не последнюю роль в том сыграло то обстоятельство, что он был обладателем самых распространённых в Дании имени и фамилии, что-то вроде Ваня Иванов.

Первая ветроэлектростанция
деревни Окиркебю

Вскорости, проект такой мельницы был реализован, она получила название "Агрико" (»Agricco«), в коем отразилась традиция датского народничества. Мельницу построила муниципальная электростанция деревни Окиркебю (Åkirkeby) на острове Борнхольм. Ветряные мельницы на Борнхольме строили издавна, одна из них с середины XIX века и до сих пор стоит рядом с Окиркебю, а вот Агрико не сохранилась, как и её предшественница, ветроэлектростанция построенная в 1917-м году, в эпоху датского энергетического кризиса. Та, первая турбина, тоже была чудная, видимо в муниципалитете заседали большие инноваторы, и её поломал шторм, о чём местные жители не жалели, поскольку толку от неё было меньше, чем недовольства.

"Агрико"

Мельница "Агрико" имела ротор (ветряное колесо) диаметром 11 метров, который был установлен на башне высотой 70 футов (22 метра) и который приводил в действие генератор мощностью 26 кВт. Лопастей было пять штук, и все они имели автоматический регулятор угла установки. Турбина начала работу 18 августа 1922-го года. По результатам длительных замеров было установлено, что годовая выработка энергии "Агрико" составляла 14-15000 кВт*ч. Сравните со своим потреблением, учите, что население Окиркебю пара тысяч человек, и станет ясно, почему после аварии в 1927-м году турбину снесли, а после и вовсе продали за 4000 крон владельцу вышеупомянутой мельницы XIX века. Что было дальше с "Агрико" -- неизвестно, видимо была утрачена.

А напрасно, ведь это сооружение -- единственный оригинальный вклад всего острова Борнхольм в мировую историю технологий. Было бы что показывать туристам, теперь же эта мельница даже не упоминается в туристических справочниках. Да и вообще о ней мало кто знает, что опять-таки напрасно. Как отмечается, новые лопасти позволили повысить эффективность турбины примерно на 50% по сравнению с традиционным плоским дизайном. Точных расчётов я не видел, но полагаю, что коэффициент Бетца увеличился от 0,2+ до 0,4+. Впрочем, как мы уже знаем, его вклад не так значителен, как вклад диаметра и скорости ветра, поэтому мельницу не спас новый дизайн её крыльев.

Обратите внимание на форму лопастей: они расширяются к периферии. Если сравнить с лопастями современных турбин, то у них всё наоборот. Я не знаю, чем руководствовались конструкторы, выбрав такую геометрию, но точно не расчётами. Вероятно им казалось, что раз с ростом радиуса увеличивается окружность, то ширина лопасти тоже должна увеличиваться, чтобы ометать туже часть площади, что и центральные части плоскостей... но ведь линейная скорость лопасти тоже растёт с увеличением радиуса. В общем, конструкторы ещё были в плену стереотипов теории плоских крыльев, в то время как обтекаемая лопасть ведёт себя иначе. Как, кстати?

К оглавлению

Вперёд