Главная  >  Наука   >  Ученые   >  Физики


Чаплыгин, Сергей Алексеевич

11 октября 2007, 182

Сергей Алексеевич Чаплыгин (1869–1942), выдающийся русский ученый, механик, один из основоположников аэродинамики.

     

     Сергей Алексеевич Чаплыгин (1869–1942), выдающийся русский ученый, механик, один из основоположников аэродинамики.

     Родился 24 марта (5 апреля) 1869 в г. Раненбурге Рязанской губернии (ныне г. Чаплыгин Липецкой области). Cтарший сын в семье. Отец, Алексей Тимофеевич Чаплыгин, служивший приказчиком, умер от холеры, когда Сергею было 2 года. Мать, Анна Петровна, вместе с детьми переехала в Воронеж и вторично вышла замуж. Несмотря на материальные затруднения мать и отчим постарались дать ему образование. После домашней подготовки он поступил в Воронежскую гимназию (1877). Быстро проявились его способности к обучению, особенно к точным предметам, отличная память. Впоследствии он с признательностью вспоминал своего преподавателя математики Пляписа (чеха по национальности), привившего ему любовь к математике.

     С 12 лет Чаплыгин стал подрабатывать частными уроками, что позволяло продолжать учебу.

     Окончив в 1886 гимназию, в том же году поступил на математическое отделение физико-математического факультета Московского императорского университета (ныне Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова). В то время в университете преподавала плеяда профессоров – крупных ученых математиков и механиков, физиков (В.Я.Цингер, А.Г.Столетов), начинал свою научную и педагогическую карьеру Н.Е.Жуковский. Вероятно, живое, увлекательное преподавание Н.Е.Жуковского склонило интересы Чаплыгина в сторону механики.

     По окончании университета в 1890 был оставлен при университете (по ходатайству Н.Е.Жуковского) для подготовки к профессорскому званию по кафедре теоретической механики.

     Первые его работы относятся к изучению движения твердых тел в жидкости. Тема исследования была выбрана под влиянием учителя – Жуковского. В работах О некоторых случаях движения твердого тела в жидкости (первая печатная работа, 1894), О некоторых случаях движения твердого тела в жидкости (1897) Чаплыгин дал геометрическую интерпретацию законов движения твердых тел в жидкости, найденных в аналитической форме исследований ряда ученых (Г.Кирхгоффа и других), и привел механическуюй модель, описывающую движение твердого тела в жидкости. Здесь сказалось влияние Жуковского, для которого всегда характерным являлось создание ярких геометрических представлений в области механики. Первая работа (1894) получила премию имени профессора Н.Д.Брашмана (присуждаемую Московским университетом за лучшее сочинение по математике), а вторая была представлена им как магистерская диссертация, защищена в 1898.

     Одновременно с изучением движения твердого тела в жидкости он занимался динамикой твердого тела, стесненного связями. В статьях О некотором возможном обобщении теоремы площадей с применением к задаче о катании шаров и О движении твердого тела вращения на горизонтальной плоскости Чаплыгин впервые дал общие уравнения такого рода движений (опубликовано в 1897). За них и ранее упомянутую статью 1897 Российская Академия наук присудила Чаплыгину золотую медаль (1897).

     В конце 19 в. продолжалось интенсивное изучение движения тяжелого твердого тела с одной неподвижной точкой. Интерес к таким движениям был, в значительной мере, вызван открытием русским математиком С.В.Ковалевской нового случая интегрируемости уравнений движения такого тела (1889). Чаплыгин нашел ряд новых случаев движения твердого тела с неподвижной точкой, для которых могут быть указаны общие интегралы, и дал приложения этих результатов к конкретным задачам: статьи Линейные частные интегралы задачи о движении твердого тела, подпертого в одной точке (1898), Новый случай вращения тяжелого твердого тела, подпертого в одной точке (1901), Новое частное решение задачи о вращении твердого тела, подпертого в одной точке (1903).

     Как и Жуковский, Чаплыгин начал (в 1893) свою педагогическую деятельность с преподавания физики (в женском Екатерининском институте), затем преподавал математику и механику в различных учебных заведениях Москвы. С 1894 – приват-доцент Московского университета, с 1901 – профессор Технического училища (ныне МГТУ им. Н.Э. Баумана), с 1903 – профессор Московского университета.

     В 1905 проявился организаторский талант С.А.Чаплыгина. Он был избран директором Высших Женских Курсов, созданных в 1900 группой профессоров и давших женщинам доступ к высшему образованию (в то время по уставу женщины не допускались к поступлению в университеты). Чаплыгин добился расширения курсов и строительства новых зданий Курсов на Девичьем поле в Москве, были открыты два новых факультета – медицинский и химико-фармацевтический. Чаплыгин заведовал курсами до 1918 (когда Курсы были слиты с Московским университетом). Под его руководством Высшие Женские Курсы выросли в крупное высшее учебное заведение, в состав которого входили факультеты по всем основным отраслям знания, оборудованные большим числом хороших лабораторий, к преподаванию были привлечены крупнейшие научные силы. Курсы подготовили тысячи педагогов, врачей, специалистов по химии, геологии, биологии, истории. Работа директором Курсов создала ему высокий авторитет и в 1917 он был выдвинут на пост городской головы Москвы, но не был утвержден правительством.

     На рубеже 19 и 20 вв. в московской школе механиков, наиболее яркими представителями которой являлись Жуковский и Чаплыгин, начали заниматься задачами, связанными с техникой, и прежде всего, с теорией полета. Чаплыгин провел ряд исследований по теории струи в несжимаемой жидкости. Теория струй в то время представлялась средством изучения сопротивления движущихся тел и ряда вопросов гидравлики.

     В 1902 Чаплыгин представил в Московский университет докторскую диссертацию О газовых струях. Введя новые независимые переменные на плоскости годографа (плоскости координат, использующей в качестве базисных осей составляющие скорости газа) он приводит сложные нелинейные уравнения газовой динамики к системе линейных уравнений. Решение этих уравнений для дозвуковых течений газа может быть получено в виде рядов с коэффициентами, которые в случае струйных течений определяются по известному решению задачи для несжимаемой жидкости. Этот метод Чаплыгин применил к решению частных задач. Особый интерес представил развитый в той же работе приближенный метод решения задач об адиабатических (без подвода энергии) течениях газа – задача о течении сжимаемого газа была сведена к задаче о течении несжимаемой жидкости, и, далее, использовались хорошо развитые методы теории функций комплексного переменного для исследования течений несжимаемой жидкости.

     Показательна судьба работы О газовых струях. В 1903 он защитил ее как докторскую диссертацию, однако в то время она осталась почти незамеченной. Ни он сам, ни кто-либо другой не продолжили развитие ее идеи и не придали работе должного значения. В то время полеты со скоростями, приближающимися к скорости звука, были неосуществимы и соответствующие исследования не были актуальны. Еще долго аэродинамика могла удовлетворяться изучением движений газа со сравнительно малыми скоростями, когда сжимаемость воздуха пренебрежимо мала. Только через тридцать лет после появления работы О газовых струях, в 1930-х авиация начала подходить к скоростям полета, близким к звуковым, и изучение газовых потоков с большими скоростями стало актуально, тогда и было раскрыто все значение этой работы. Работа Чаплыгина оказалась в центре многочисленных исследований аэродинамиков и явилась основой для решения задач о дозвуковых течениях. Развитие созданных в ней методов привело к решению основных вопросов, связанных с работой крыла при больших дозвуковых скоростях, и других вопросов современной аэродинамики. В этой работе в полной мере проявилось умение Чаплыгина найти в каждой задаче новый путь ее решения, наиболее полно соответствующий существу задачи, ее механическому и геометрическому содержанию.

     В 1910 появилась первая его работа по теории крыла О давлении плоскопараллельного потока воздуха на преграждающие тела и с тех пор вопросы аэродинамики становятся центром его научной деятельности. Вместе с Жуковским он явился создателем теории крыла. В 1906 Жуковский сформулировал теорему о подъемной силе при обтекании тела., однако в то время еще было неясно, как приложить эту теорему к вычислению подъемной силы крыла. Более того, после теоремы Жуковского еще продолжались поиски объяснения этой силы с разных позиций. В частности, сам Жуковский считал, что подъемная сила связана с влиянием трения. Правильное с физической точки зрения, это объяснение не давало путей для определения величины подъемной силы.

     В конце 1909 на заседании секции воздухоплавания Чаплыгин (после доклада Жуковского) предложил путь преодоления трудностей при определении подъемной силы, основанный на известном экспериментальном факте: при плавном обтекании крыла потоком воздуха острая задняя кромка является точкой схода потока с верхней и нижней поверхностей крыла. В феврале 1910 Чаплыгин выступил с докладом на эту тему заседании Московского математического общества. Это было тем существенным дополнением к теореме Жуковского, которое утвердило ее как основной принцип, объясняющий подъемную силу крылового профиля. Указанный Чаплыгиным принцип известен сейчас как «основная гипотеза Жуковского». В 1910 почти одновременно появились статьи. Чаплыгина О давлении плоскопараллельного потока на преграждающие тела и Жуковского О контурах поддерживающих поверхностей аэропланов, в которых впервые были даны способы количественного определения подъемной силы крыловых профилей. Работы Чаплыгина и Жуковского окончательно утвердили принципы аэродинамики и легли в основу ее дальнейшего развития. Чаплыгин приложил выдвинутый им принцип схода струй с острой кромки крыла к определению течения около ряда конкретных профилей и определил подъемную силу этих профилей. Стали общеизвестными формулы определения подъемной силы и момента по характеристической функции течения и впервые даны способы построения течения около крыловых профилей с острой задней и округленной передней кромками. В частности, С.А.Чаплыгин знаменитые профили типа инверсии параболы, которые другим путем были найдены Жуковским и часто называются «профилями Жуковского».

     Вскоре после первой фундаментальной работы по теории крыла Чаплыгин выступил на заседании научно-технического комитета Московского общества воздухоплавания с докладом Результаты теоретических исследований о движении аэропланов, в котором в ясной и общедоступной форме изложил путь, приведший к созданию теории крыла, очертив идеи этой новой теории и полученные им результаты.

     В научном методе Чаплыгин очень отличался от своего учителя Жуковского (ценившего наглядность получаемых результатов), его исследования носили чисто аналитический характер, читать его работы было не просто. Жуковский любил участвовать в экспериментах, Чаплыгин же, много лет проработав в Центральном аэро-гидродинамическом институте (ЦАГИ), руководя работой огромных лабораторий, сам к эксперименту отношения не имел.

     В 1911 Чаплыгин покинул Московский университет вместе с большой группой профессоров в знак протеста против действий министра просвещения Кассо. Опять в университет он вернулся только в 1917. В 1924 вновь оставил университет, отдав себя целиком научной деятельности и работе по руководству ЦАГИ. Он не был блестящим лектором, читать лекции не любил и прекратил их чтение безо всякого сожаления. Все же им подготовлены учебные курсы Механика системы и Пропедевтический курс механики.

     С 1918 Чаплыгин принимал участие в работе Комиссии особых артиллерийских опытов при Главном артиллерийском управлении и Научно-экспериментального института путей сообщения, а в конце 1918 был привлечен Жуковским к работе созданного в это время Центрального аэро-гидродинамического института.

     Работы Жуковского О присоединенных вихрях и О контурах поддерживающих поверхностей аэропланов и Чаплыгина О давлении плоскопараллельного потока на преграждающие тела и К общей теории крыла моноплана содержали все основные сведения о работе профиля крыла в несжимаемом газе.

     Эти работы долгие годы были в центре аэродинамики. Все исследования по теории крыла и винта так или иначе были связаны с ними. Позднее, когда авиация начала подходить к звуковым скоростям, на развитие теоретической аэродинамики решающее влияние оказала статья Чаплыгина О газовых струях.

     Занимался Чаплыгин и задачами о снежных заносах, расчетом движения снарядов в канале орудия, расчетом движения поездов и многими другими.

     После смерти Жуковского в 1921 он возглавил ЦАГИ, в этом же году стал председателем коллегии ЦАГИ, позже (с 1928 по 1931) – начальником ЦАГИ. Под его руководством ЦАГИ вырос в крупнейший институт, где наряду с развитием авиационной науки и строительством первых самолетов были созданы крупные научные центры в области моторостроения, промышленной аэродинамики, гидротехники. Деятельность Чаплыгина отличалась разнообразием: от руководящей работы по созданию советской авиации до участия в работе по таким сооружениям, как Днепрострой.

     В 1931 Чаплыгин по состоянию здоровья оставил пост начальника ЦАГИ, однако, являясь начальником общетеоретической группы и в дальнейшем руководителем одной из крупнейших лабораторий ЦАГИ, продолжал возглавлять научную жизнь института

     В 1926 избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, в 1929 – ее действительным членом. В Академии наук С.А.Чаплыгин занимался и административной работой, с 1933 – председатель группы техники, с 1937 – председатель комиссии по гидромеханике, затем и комиссии по аэродинамике,

     Был членом Моссовета, с 1920 занимал руководящие посты в комиссии по улучшению быта ученых (ЦЕКУБУ), работал в Московском доме ученых, руководил Управлением домами ученых.

     Среди наград: орден Трудового Красного Знамени (РСФСР, 1928, СССР, 1931), орден Ленина (1933), звание Героя Социалистического Труда (1941).

     Умер 8 октября 1942 в Новосибирске от кровоизлияния в мозг.

www.krugosvet.ru
Читайте также:



©  Фонд "Русская Цивилизация", 2004 | Контакты