Текст книги "Вертолёт 1999 04"

Автор книги: Вертолет Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 9 страниц)

Он умел радоваться успехам молодых…

Студентом пятого курса МАИ я начал работать лаборантом кафедры «Проектирование и конструирование вертолетов», которой руководил Б.Н. Юрьев. Борис Николаевич в то время уже плохо видел, нуждался в лечении, поэтому мне неоднократно приходилось бывать у него на квартире и видеть учителя в домашней обстановке.

Мне, тогда очень молодому человеку, странно было видеть Бориса Николаевича не в генеральской форме, а в домашней одежде. Но более всего поражала обстановка его кабинета, никак не увязывавшаяся с представлением о кабинете академика и генерала: простой письменный стол, шкафы и полки с книгами, а рядом рабочий стол с тисками, слесарным и столярным инструментом. Более всего меня, начавшего работать в 13-летнем возрасте токарем на заводе, поразил настольный токарный станочек, который, как можно было судить по стружке, не стоял без дела. Борис Николаевич сам смастерил для себя приспособление в виде пюпитра, на который можно было положить книгу, а на ней в передвижной рамке устанавливалась лупа, без которой он уже не мог обходиться при чтении. Хозяин с увлечением показывал и другие приспособления, изготовленные им самим, причем было видно, что это занятие доставляет ему удовольствие.

Поражали присущие Б.Н. Юрьеву демократизм и доброжелательность в обращении с нами, студентами. Особенно интересовали его необычные дипломные проекты, например, однажды он с любопытством изучал проект легкого четырехвинтового вертолета, для которого требовались сложная трансмиссия и система управления. С большим вниманием Б.Н. Юрьев относился к студентам-авиамоделистам.

В МАИ по предложению Б.Н. Юрьева была создана лаборатория летающих моделей, объединившая авиамодельные кружки студенческого научного общества, в которых успешно работали мои товарищи. В лаборатории был создан ряд оригинальных моделей винтокрылых летательных аппаратов. Вертолеты с несущим винтом, приводимым в движение колеблющимся предкрылком, и конвертопланы различных схем были разработаны Борисом Блиновым и Анатолием Васильевым. Модель вертикально взлетающего самолета с бензиновым двигателем (надо заметить, весьма успешно летающего) разработал и построил студент Александр Акимов, ставший руководителем вертолетной лаборатории ЛИИ. Оригинальную модель вертикально взлетающего аппарата с двухлопастным винтом, приводимым в движение бензиновым двигателем, создал студент Марат Тищенко, ставший в дальнейшем Генеральным конструктором фирмы «Миль». Я хорошо помню, как радовался Б.Н. Юрьев первому мировому рекорду по продолжительности полета, установленному в 1954 году на этой модели, как он рассматривал через лупу присланный Марату Тищенко диплом Федерации международного авиационного спорта.

В нас, студентах, Б.Н. Юрьев старался пробудить любознательность, развить стремление к научной работе и обязательному сочетанию теории и практики. Он от души радовался успехам, а в случае неудач и разочарований старался всегда подбодрить. Для нас он был живым примером успешного становления ученого и конструктора.

Когда я серьезно занялся изучением зарубежных работ по аэродинамике, то с удивлением обнаружил, что в них нет упоминания о теореме подъемной силы Н.Е. Жуковского и его знаменитой формулы Y = rvГ. Вместо этого традиционно указывается условие Кутта-Жуковского. Немецкий ученый В.М. Кутт в своих исследованиях только приблизился к определению подъемной силы через циркуляцию скорости, но в литературе по аэродинамике упоминается на первом месте. Когда я поделился своим возмущением с Борисом Николаевичем, он сказал, что, к сожалению, дискриминация достижений российских ученых – обычное явление в мировой науке. Поэтому трудно переоценить работу Б.Н. Юрьева по созданию беспристрастной истории авиационной науки и техники в возглавляемом им отделе Института истории естествознания и техники Академии наук СССР.

Во время многочисленных встреч с зарубежными учеными и авиаконструкторами я всегда видел их стремление превозносить свои достижения и весьма сдержанно оценивать наши. Резоны западных коллег понятны. Непонятно другое – почему такую же позицию часто занимают и представители наших средств массовой информации. Если раньше они были не всегда объективны, расхваливая отечественную авиационную технику, то сегодня необъективность заключается в замалчивании наших достижений, несомненно существующих несмотря на сложные экономические условия.

Эту позицию часто разделяют и представители официальной науки. Судите сами: десять лет назад 100-летие Б.Н. Юрьева отмечалось куда более торжественно, чем 100-летие другого нашего соотечественника и известного конструктора вертолетов И.И.Сикорского. Сейчас акценты сместились, и 110-летию И.И. Сикорского, которого в последнее время упорно называют американским авиаконструктором, было уделено гораздо больше внимания со стороны прессы и чиновников от науки. Но я надеюсь, что время все расставит по своим местам.

Евгений РУЖИЦКИЙ

Об одной отечественной теории…

Талант выдающегося русского ученого, академика Бориса Николаевича Юрьева был поистине многогранен. Наряду с теоретической, прикладной и экспериментальной аэродинамикой, в которой он достиг исключительных успехов, его увлекали техническая механика, электро– и радиотехника, ракетная техника, астрономия, философия и история техники. Но наибольший вклад он внес в теорию и практику вертолетостроения, особенно в теорию воздушных винтов.

С юных лет Борис Николаевич был увлечен аппаратами вертикального взлета. Роман Жюля Верна «Робур-Завоеватель», где описывался летательный аппарат с воздушными винтами, произвел на него неизгладимое впечатление и определил дальнейшую судьбу юноши.

Гениального Леонардо да Винчи и студента Московского императорского технического училища Бориса Юрьева разделяют века. Но именно студенту Юрьеву удалось воплотить идею великого итальянца в своих работах, которые он начал еще в студенческом аэродинамическом кружке, руководимом профессором Н.Е. Жуковским.

Прежде всего, Юрьев столкнулся с необходимостью спроектировать и рассчитать несущий винт. В то время (шел 1910 год) не существовало инженерных теорий, позволяющих решить эту задачу. Позднее Б.Н. Юрьев в своей работе «История вертолетов» писал: «Основным вопросом для всей проблемы геликоптера был, естественно, вопрос о подъемной силе винтов… В то время имелась явно устаревшая теория винта постоянного шага, хорошо известная во всем мире теория С.К. Джевецкого, и ряд опытов Кучинского аэродинамического института».

Теория С.К. Джевецкого была разработана еще в 1897 году. В ее основу положен следующий прием: рядом цилиндрических сечений лопасть винта разрезается на отдельные элементы, каждый из которых может рассматриваться как изолированное крыло, обтекаемое плоскопараллельным потоком (гипотеза плоских сечений). Этот прием позднее использовался во всех теориях винта и получил название «теория элемента лопасти». Теория Джевецкого очень удобна для практических расчетов. По ней успешно рассчитывались воздушные винты самолетов. Однако она не учитывала подсасывающий эффект, поэтому оказалась совершенно несостоятельной в применении к несущим винтам. По словам Б.Н. Юрьева, «…целый ряд построенных в старое время вертолетов, рассчитанных по теории С.К. Джевецкого, не смог подняться в воздух. В этом отношении теория … нанесла огромный вред делу процветания вертолетостроения» (Б.Н. Юрьев. «Аэродинамический расчет вертолета»).

Рис. 1. Импульсная теория винта (поздняя редакция)

Подсасывающий эффект винта хорошо описывался струйной теорией идеального винта, в то время достаточно глубоко проработанной Фрудом, Финстервальдером, Жуковским. Уже была известна формула Н.Е. Жуковского для тяги воздушного винта в режиме работы на месте, позднее незаслуженно получившая название формулы Вельнера. Однако с инженерной точки зрения теория идеального винта была мало полезной, так как рассматривала не сам винт, а только место приложения тяги.

Борис Николаевич решил соединить обе теории. Вычислив тягу по каждой из них, можно составить уравнение, в котором устанавливается зависимость между скоростью в струе и характеристиками сечения лопасти. Это соотношение было названо им уравнением связи. Сначала Юрьев рассматривал работу винта по теории С.К. Джевецкого в идеальной струе, имеющей постоянную скорость в сечении. Его единомышленник, студент третьего курса Г. Сабинин предложил разделить струю на кольцевые струйки, поскольку скорости по ее сечению переменны. Совместными усилиями Юрьев и Сабинин разработали первую инженерную теорию, которая была высоко оценена Н.Е. Жуковским. Он отметил, правда, и ее недостаток – в ней не были учтены силы давлений в струе винта. Вскоре Н.Е. Жуковский изложил эту теорию в своих лекциях, назвав теорией Сабинина-Юрьева, и опубликовал в знаменитых «Теоретических основах воздухоплавания».

Наиболее трудным и важным моментом был вопрос о поджатии струи за винтом. Юрьев при расчете геликоптерных винтов принял это поджатие равным двум, что было близко к действительности. Позднее им с помощью Жуковского были получены теоретические соотношения для учета поджатия струи. «Вывод этот сделал нашу теорию вполне законченной, – вспоминал сам Юрьев. – Интересно отметить, что за границей в научной литературе споры о величине сжатия струи продолжались примерно до 1922 года».

В итоге уже в 1910 году кружковцы имели теорию (рис. 1), которая была применима к техническому расчету винтов и позволяла разработать как метод проектирования нормальных винтов, так и метод поверочного расчета винта заданной формы.

Интересно, что за границей сходные теории появились только к 1920 году. В России эта теория, названная импульсной, получила дальнейшее развитие в ряде работ Г.Х. Сабинина, В.П. Ветчинкина, Г.И. Кузьмина, В.Л. Александрова. Этот теоретический прорыв позволил Б.Н.Юрьеву рассчитать двухлопастный винт к проекту своего геликоптера одновинтовой схемы, на который была сделана патентная заявка и получена охранная грамота № 45212.

В апреле 1911 года Б.Н. Юрьев выступил на Первом воздухоплавательном съезде в Петербурге с докладом «Критика прежних систем геликоптеров и описание нового геликоптера системы автора» (рис. 2). Позднее Юрьевым был предложен новый проект геликоптера (тип II) с одним «малым» винтом и автоматом перекоса, который явился прототипом современных вертолетов одновинтовой схемы (рис. 3).

Таким образом, 1911 год можно считать началом истории вертолетов, поскольку на вооружении инженеров-исследователей были надежная теория воздушного винта, хорошая лабораторная база Московского университета, МТУ и Кучинского аэродинамического института, а также практический опыт создания проектов первых реальных вертолетов. До этого времени развитие вертолетной мысли, по выражению Юрьева, «шло по пути голого изобретательства, граничащего с авантюризмом». Примером тому может служить скандальная история со строительством геликоптера В.В. Татаринова в 1909–1910 годы. Получив от военного ведомства немалые средства на строительство вертикально взлетающего аппарата заведомо порочной конструкции, изобретатель, не справившись с поставленной задачей, нанес большой вред идее геликоптера, подорвав у правительственных кругов веру в возможность создания этих аппаратов. Поэтому в работах по истории вертолетостроения период развития вертикально взлетающих аппаратов до 1911 года Б.Н. Юрьев называет предысторией вертолета.

В конце 1912 года в Московском математическом обществе Н.Е. Жуковский сделал доклад о вихревой теории винта. Как отмечал Юрьев, в дальнейшем много занимавшийся вихревой теорией, «…был сделан огромный шаг вперед в развитии этого труднейшего вопроса теоретической аэродинамики и всей авиации в целом. Все теории как бы были поглощены этой замечательной теорией, навсегда вошедшей в сокровищницу русской научно-технической мысли».

Последующие два года учебы в МТУ были посвящены строительству натурного геликоптера по типу II и разработке многовинтовой схемы геликоптера. Однако наступил 1914 год, началась Первая мировая война.

Войну Борис Николаевич встретил в Польше, в Новогиреевской крепости. В августе 1915 крепость была окружена и взята немцами. Юрьев вместе с группой офицеров попал в плен. Три долгих года плена в различных концлагерях Польши и Германии. В своей автобиографии он писал: «В плену мне удалось продолжить научную работу: я читал книги, изучал языки, написал несколько книг по теории воздушных винтов и по изысканиям рациональных размеров самолетов. Эти работы удалось вывезти с собою». Сейчас эти конспекты Юрьева с чертежами и графиками находятся в Мемориальном музее Н.Е. Жуковского.

Из германского плена Борис Николаевич вернулся в 1918 году в другую страну. Начиналась гражданская война. Однако научная интеллигенция продолжала работу. В 1919 году по окончании училища Юрьев был назначен заведующим аэродинамической лабораторией МВТУ. Так начался трудовой путь большого ученого, отмеченный славными победами в области авиационной науки, которой он был предан до конца своих дней.

Учитывая потребности практики, Юрьев сосредоточил свои силы не столько на развитии теории, сколько на разработке методов расчета винтов, так необходимых при их проектировании. Он является автором множества оригинальных методов и приемов расчета аэродинамических и геометрических характеристик винтов. Для сокращения трудоемких вычислительных работ он отдает предпочтение графоаналитическим методам, которым посвящена небольшая книга «Графоаналитический способ расчета гребного винта», изданная им в 1922 году.

Рис. 2. Схема одновинтового геликоптера с двумя рулевыми винтами (чертеж из патентной заявки № 45212 Б.Н.Юрьева, 1910 г.)

Рис. 3. Одновинтовой вертолет продольной схемы с рулевым винтом и автоматом перекоса (прообраз современных одновинтовых вертолетов) Чертеж взят из листовки Б.Н. Юрьева, датированной 5 мая 1911 года

В те годы имела наибольшее распространение вихревая теория воздушных винтов Н.Е. Жуковского, получившая развитие в работах В.П. Ветчинкина. Ближе всего к ней стояла импульсная теория петроградского профессора Г.А. Ботезата, который ввел в теорию Сабинина-Юрьева закручивание потока за винтом.

Следует отметить, что вплоть до 1922 года в расчеты крыльев не вводился учет индуктивного скоса потока. Использование в расчетах винтов характеристик крыльев конечного удлинения приводило к завышению индуктивных потерь винта. В испытаниях такие винты оказывались «затяжеленными» (не развивали расчетного числа оборотов). Только после знакомства с работами Прандтля об индуктивном сопротивлении крыла в расчет винта стали вводиться характеристики крыла, пересчитанные на бесконечное удлинение. При этом обнаружилось, что в испытаниях расчетные винты оказывались несколько «облегченными».

Юрьев правильно установил причину этого явления, указав на то, что винты рассчитываются по дисковой теории, которая предполагает у винта бесконечно большое число лопастей. Дисковая модель на каждом радиусе винта дает среднее по окружности значение индуктивной скорости, тогда как ее истинное значение на самой лопасти может быть заметно выше. В 1923 году Юрьев предложил новую теорию, назвав ее относительной (сейчас она называется лопастной), в которой используется исходная реальная вихревая модель винта, предложенная Н.Е. Жуковским (рис. 4).

В этой теории компоненты индуктивных скоростей выражаются через «неберущиеся» интегралы, названные Юрьевым винтовыми функциями (рис. 5). Для их вычисления Юрьев предложил простой графический метод. Краткое изложение относительной теории винтов появилось во многих зарубежных журналах.

К сожалению, из-за недостатка технических работников вычислительные работы не были доведены до конца. Позднее в Японии фактически тем же графическим методом эти вычисления были выполнены профессором Томасом Морийя, однако без ссылки на Б.Н.Юрьева.

Богатый опыт в области теории, эксперимента и практики расчета воздушных винтов Б.Н. Юрьев подытожил в работе «Воздушные винты», вышедшей в свет в 1925 году в трудах ЦАГИ. В 1934 году появился учебник Б.Н. Юрьева «Воздушные винты», который был принят во всех авиационных вузах страны и до сих пор является настольной книгой многих поколений работников авиации.

Занимаясь педагогической деятельностью в ВВИА им. Н.Е. Жуковского и МАИ, Б.Н. Юрьев часто сталкивался с большими трудностями в изложении слушателям сложных математических моделей вихревой теории винта. Поэтому в 1947 году появилась его работа «Вихревая теория винтов», где в простой, но строгой форме исходя из теорем гидромеханики о вихрях излагались все нужные для расчетов формулы. В работе обобщены различные случаи работы винтов: соосные винты, контрпропеллеры, осевые вентиляторы, ветряные двигатели.

В 1948 году Б.Н. Юрьев выпустил монографию «Импульсная теория винтов», в которой изложен доработанный вариант теории Юрьева-Сабинина с учетом скоростей закручивания потока и большими приложениями к практическому расчету винтов. В предисловии к книге Юрьев писал о том, что импульсная теория сейчас незаслуженно забыта, хотя она по точности нисколько не уступает вихревой теории и вместе с тем значительно проще ее. Единственный недостаток – невозможность учета разрежения в уходящей струе – компенсировался возможностью учета влияния профильного сопротивления лопастей на закручивание потока за винтом, что невозможно сделать в рамках вихревой теории. Б.Н. Юрьев не остановился на этом и до последних дней жизни работал над усовершенствованием своей теории. Уже после смерти в его архивах нами была найдена рукопись неопубликованной статьи, в которой излагалась последняя редакция теории. В ней учитывались не только давления в струе, но и ее нелинейность. Эта статья включена в «Избранные труды» Б.Н. Юрьева под названием «Уточнение импульсной теории».

Рис. 4. Относительная (лопастная) теория винта

Модель В.П.Ветчинкина

Дисковая модель винта Н.Е. Жуковского

Лопастная модель винта Н.Е. Жуковского

Рис. 5. Интегральные формулы компонентов индуктивных скоростей

Последней значительной работой Б.Н. Юрьева в области воздушных винтов была монография «Аэродинамический расчет вертолета». Эта книга явилась итогом его научных работ в области теории винта и аэродинамики вертолета. Она включила в себя все научные знания того периода развития вертолетостроения и до сего времени остается основным учебным пособием при подготовке инженеров-вертолетчиков.

Оставленное Юрьевым творческое наследие мощным пластом легло в фундамент отечественной науки о вертолетах, основоположником которой он по праву считается.

Владимир ШАЙДАКОВ, профессор МАИ

Юрьевские чтения

Участники пленарного заседания

Научными чтениями, прошедшими 10–12 ноября 1999 года в Москве, авиационная общественность России торжественно отметила 110-летие основоположника отечественного вертолетостроения академика Б.Н. Юрьева. Инициаторами и организаторами чтений стали Военный авиационный технический университет (ВВИА им. Н.Е. Жуковского) и Московский государственный авиационный технический университет им. С. Орджоникидзе (МАИ), созданные при активном участии Б.Н. Юрьева.

В организации и проведении чтений принимали участие Российская академия наук, Академия авиации и воздухоплавания, Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского, Институт истории естествознания и техники РАН, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, МВЗ им. М.Л. Миля, фирма «Камов», Национальный комитет по истории и философии науки и техники РАН и научно-мемориальный музей Н.Е. Жуковского.

55 научных докладов были прочитаны на двух пленарных заседаниях и шести тематических секциях (теоретических основ вертолетостроения, проектирования и конструкции вертолетов, теоретической и экспериментальной аэродинамики, авиационных силовых установок, подготовки авиационных кадров и истории авиационной науки и техники, исследования жизни и творчества Б.Н. Юрьева).

Открывая пленарные заседания, заместитель начальника ВВИА профессор В.П. Кутахов и ректор МАИ профессор А.М. Матвеенко отметили большой вклад Б.Н. Юрьева в развитие авиационной науки и вертолетостроения, в создание высшей авиационной школы в России. Генеральные конструкторы вертолетов С.В. Михеев и М.Н. Тищенко напомнили, что Б.Н. Юрьев способствовал организации вертолетостроительных конструкторских бюро Н.И. Камова и М.Л. Миля и всячески поддерживал их деятельность.

Интересный доклад о Б.Н. Юрьеве, как основоположнике отечественного вертолетостроения сделал профессор М.И. Ништ, много лет заведовавший кафедрой аэродинамики ВВИА, которую до него более 20 лет возглавлял Б.Н. Юрьев. Профессор В.И. Шайдаков, ученик и преемник Б.Н. Юрьева, помогавший ему в подготовке последней книги «Аэродинамический расчет вертолетов», ныне читающий этот курс для студентов, рассказал о работах своего учителя в области теории воздушного винта.

Профессор Е.С. Вождаев, начальник отделения аэродинамики вертолетов ЦАГИ, познакомил собравшихся с последними теоретическими и экспериментальными исследованиями по аэродинамике вертолетов, обеспечивающими существенное увеличение аэродинамического качества отечественных вертолетов, позволившими достичь более высокой транспортной производительности и топливной эффективности, чем у зарубежных вертолетов.

Начальник отдела аэродинамики МВЗ им. Миля М.Г. Рождественский доложил о комплексе работ, направленных на повышение летных качеств своих вертолетов, благодаря чему на вертолетах МВЗ им. Миля было установлено более 150 мировых рекордов.

Заведующий кафедрой «Проектирование и конструирование вертолетов» МАИ профессор Ю.М. Игнаткин рассказал о работах Б.Н. Юрьева и И.П. Братухина по созданию вертолетов двухвинтовой поперечной схемы «Омега», начавшихся в МАИ и приведших к созданию первых серийных отечественных вертолетов.

С докладом об исследованиях самолетов вертикального взлета и посадки с воздушными винтами (малоизученной стороне деятельности Б.Н. Юрьева) выступил профессор Е.И. Ружицкий.

В юбилейных чтениях приняли участие и другие ведущие специалисты в области вертолетостроения, ученики и продолжатели дела Бориса Николаевича Юрьева.

Выступает профессор Ю.М Игнаткин

С.В.Михеев в кулуарах чтений

Академик РАН Ю.А. Рыжов (справа) беседует с коллегой по МАИ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ