Академик Чаплыгин

Академик ЧаплыгинСергей Алексеевич Чаплыгин (24 марта (5 апреля) 1869, Раненбург — 8 октября 1942, Новосибирск) — русский физик, один из основоположников гидро- и аэродинамики, академик  АН СССР (1929), Герой Социалистического Труда  (1941).

Родился в Рязанской губернии в городе Раненбурге 5 апреля 1869 года. Его отец, Алексей Тимофеевич, служил продавцом в лавке, а мать, Анна Петровна, красивая и добрая женщина, вела домашнее хозяйство. Родители жили дружно, но семейное счастье продолжалось недолго. Когда Сереже было два года, отец умер от холеры, свирепствовавшей тогда в тех местах.

Через некоторое время, по настоянию родителей, Анна Петровна вышла вторично замуж и переехала вместе с сыном в Воронеж, где на кожевенной фабрике работал ее новый муж Семен Николаевич Давыдов.

Сережа рос вдумчивым, не по летам серьезным мальчиком. Он рано научился читать и считать, с удовольствием помогал матери по хозяйству. Отчим к пасынку относился хорошо. Узнав о том, что мать хочет дать сыну образование, он привел в дом знакомого семинариста, который взялся подготовить Сережу к поступлению в гимназию, и мальчик выдержал вступительные экзамены. Помогли выдающиеся способности и блестящая память.

Давыдов оказался плохим семьянином и оставил Анну Петровну одну с пятью детьми на руках. На старшего Сергея легли дополнительные заботы. После занятий в гимназии он бежал домой помогать матери по хозяйству, а затем отправлялся давать уроки.

Преподавателям скоро стало ясно, что мальчик обладает незаурядными способностями и редкой памятью. Ему одинаково легко давались древние и новые языки, история и другие предметы, но особенный интерес проявлял он к математике. В четырнадцать лет он сам стал учить детей, занимаясь репетиторством с детьми помещиков.

Окончив в 1886 году гимназию с золотой медалью, Сергей Чаплыгин поступает на физико-математический факультет Московского университета. Сергей живет впроголодь, часто у него нет даже трех копеек на конку, и на уроки из конца в конец Москвы приходится добираться пешком, но он не жалуется, а настойчиво овладевает науками. Лучше всего он знал свои любимые предметы — математику, физику, астрономию, механику. Их ему читали такие известные ученые, как Б.К. Млодзеевский, Александр Григорьевич Столетов, Ф.А. Бредихин, Н.Е. Жуковский. Поступая в университет, Сергей думал специализироваться по чистой математике, но под влиянием лекций профессора Жуковского увлекся механикой. Он прилежно занимается, не пропускает ни одной лекции, хотя ему по-прежнему приходится давать частные уроки, чтобы заработать себе на жизнь. Большую часть денег он посылает матери в Воронеж.

Николай Егорович Жуковский сразу обратил внимание на блестящие способности Сергея Чаплыгина, с которым он встречался на лекциях. По совету любимого профессора Сергей Чаплыгин начинает свой первый научный труд по гидродинамике «О движении тяжелых тел в несжимаемой жидкости». Это исследование, представленное в 1890 году Чаплыгиным в качестве дипломной работы, было награждено университетом золотой медалью. По предложению Жуковского Сергей Чаплыгин был оставлен в университете для подготовки к профессорскому званию. Ему была назначена стипендия в размере пятидесяти рублей в месяц. Так, первый научный труд Чаплыгина определил его дальнейшую жизнь.

С 1893 Сергей Чаплыгин преподавал физику в женском среднем учебном заведении, механику в Императорском техническом училище, Московском инженерном училище, Московском университете.

Работая над диссертацией, С. Чаплыгин одновременно начинает вести преподавательскую работу. Вначале с 1893 года в качестве учителя физики в одном из средних учебных заведений Москвы, а с 1894 года он становится приват-доцентом Московского университета.

Происходят изменения и в личной жизни Сергея Алексеевича. Осенью 1894 года он женится на своей квартирной хозяйке Екатерине Владимировне Арно. 3 августа 1897 года у них родилась дочь Ольга.

Вторая научная работа молодого ученого «О некоторых случаях движения твердого тела в жидкости», опубликованная в 1897 году, была защищена им в следующем году в качестве магистерской диссертации. В ней Сергей Чаплыгин дал геометрическую интерпретацию законов движения твердых тел в жидкости, найденных ранее в аналитической форме некоторыми русскими и иностранными исследователями. Жуковский оценил работу Чаплыгина как классическую.

Сергей Чаплыгин — организатор и директор Московских высших женских курсов (1905—1918). Чаплыгиным написаны университетский курс аналитической механики «Механика системы» (ч. 1-2, 1905-07) и сокращенный «Преподавательский курс механики» для втузов и естественных факультетов университетов (1915). Первые труды Чаплыгина, созданные под влиянием Жуковского, относятся к области гидромеханики. В работе «О некоторых случаях движения твёрдого тела в жидкости» (1894) и в магистерской диссертации «О некоторых случаях движения твёрдого тела в жидкости» (1897) он дал геометрическую интерпретацию законов движения тел в жидкой среде.

С.Чаплыгин продолжает вести большую научную работу. Его интересует движение твердых тел по шероховатой поверхности. В результате появляются два исследования: «О движении тяжелого тела вращения на горизонтальной плоскости» и «О некотором возможном обобщении теоремы площадей с применением к задаче о катании шаров», за которые в 1900 году Сергей Алексеевич Чаплыгин  награждается Петербургской академией наук почетной золотой медалью.

На рубеже веков С.А. Чаплыгин начинает заниматься струйными течениями в несжимаемых, а затем и в сжимаемых жидкостях. В 1895 году он делает доклад «О движении газа с образованием разрыва» на заседании Московского математического общества, а в 1903 году защищает докторскую диссертацию «О газовых струях», в которой был предложен метод исследований струйных движений газа при любых дозвуковых скоростях.

Коротко суть работы «О газовых струях» в следующем. Когда тело движется в потоке воздуха, то оно испытывает аэродинамическое сопротивление. Это сопротивление тем больше, чем больше скорость перемещения. Сергей Чаплыгин показал, что для скоростей движения, не превышающих 100 м/с, аэродинамическое сопротивление пропорционально квадрату скорости. Если скорость приближается к скорости звука (в воздухе она примерно равна 331 м/с), то для нахождения величины лобового сопротивления необходимо решить еще одно дифференциальное уравнение, которое теперь называется уравнением Чаплыгина. Эффективность предложенного ученым способа расчета плоских газовых потоков и сделала эту работу наиболее выдающимся исследованием по газовой динамике за полвека ее развития.

Эта работа стоит особняком в творчестве ученого, и судьба ее необычна. Она долго оставалась непонятой и неоцененной современниками. В то время, когда авиация делала свои начальные шаги, ученый писал о движении со скоростями, близкими к скорости звука. Кроме того, работа была написана кратко, сжато, и понять ее было трудно.

Но недаром говорят, что нет ничего более практичного, чем хорошая теория. В 1935 году в Риме на конференции по большим скоростям в авиации иностранные ученые познакомились с работой Сергея Чаплыгина и назвали ее лучшим по точности, оригинальности и изяществу метода исследованием в области газовой динамики. Через сорок лет после появления работы Чаплыгина самолеты стали летать со скоростями, близкими к скорости звука. Для инженеров, конструкторов и разработчиков авиационной техники труд ученого стал настольным справочником.

Вскоре после защиты докторской диссертации Чаплыгин был избран профессором Московского университета.

Лишь через 30 лет работа Чаплыгина явилась основой для решения задач о звуковых течениях, а развитие созданных в ней методов привело к решению основных вопросов, связанных с работой крыла при больших дозвуковых скоростях. Вопросы аэродинамики стали центром его научной деятельности. В 1910 г. почти одновременно появились работы Чаплыгина «О давлении плоскопараллельного потока на преграждающие тела» и Жуковского «О контурах поддерживающих поверхностей аэропланов», в которых впервые даются способы количественного определения циркуляции вокруг профиля. Это явилось необходимым дополнением к теореме Жуковского о подъёмной силе крылового профиля. В своей работе Чаплыгин применил выдвинутый им принцип схода струй с острой кромки крыла к определению течений около ряда конкретных профилей. В ней же содержатся формулы определения аэродинамической подъёмной силы и момента.

В 1910 году ученый выступил на заседании Московского математического общества с докладом, в котором показал, как можно подсчитать циркуляцию при обтекании крыла потоком воздуха. Таким образом, если Жуковский сделал первый фундаментальный шаг в объяснении возникновения подъемной силы крыла самолета, то Чаплыгин сделал второй фундаментальный шаг, показав, как можно вычислить реальную подъемную силу крыла самолета.

В 1911 году в Московском университете произошли студенческие волнения. Они были жестоко подавлены тогдашним министром просвещения Львом Аристидовичем Кассо. В знак протеста против расправы над студентами из университета ушли все лучшие профессора и преподаватели, в том числе и Чаплыгин.

В 1914 г. появилась фундаментальная работа Чаплыгина «Теория решётчатого крыла», в которой заложены основы теории обтекания решёток циркуляционным потоком, явившейся базой для расчёта винтов, турбин и других лопаточных машин. В последующих трудах Чаплыгин решил ряд сложных задач, связанных с определением точки приложения подъёмной силы, определением сил, действующих в неустановившемся полёте, теорией т. н. механизированного крыла, вопросами устойчивости крыла в полёте и т. д.

Большой вклад внёс Чаплыгин в математику. Его исследования по приближённому интегрированию дифференциальных уравнений принадлежат к крупным достижениям математической мысли. Идеи Чаплыгина оказались применимы не только для решения широких классов дифференциальных уравнений, но и при приближённом решении весьма общих классов функциональных уравнений.

И.Э. Грабарь: Портрет академика Сергея Алексеевича Чаплыгина (1935)

После Октябрьской революции 1917 г. Чаплыгин активно продолжает вести научные исследования. С 1918 г. он участвует в работе Комиссии особых артиллерийских опытов при Главном артиллерийском управлении и в работе Научно-экспериментального института путей сообщения, а в конце 1918 г. привлекается Жуковским к организации ЦАГИ. В 1921-1930 г.г. Чаплыгин — председатель коллегии, в 1928-1931 г.г. — директор-начальник ЦАГИ. В последующие годы Чаплыгин руководил созданием крупнейших аэродинамических лабораторий ЦАГИ (1931-41). Премия им. Н. Е. Жуковского (1925). Награждён 2 орденами Ленина, 2 орденами Трудового Красного Знамени. Академия наук СССР учредила в 1942 премию им С. А. Чаплыгина «За лучшую оригинальную работу по теоретическим исследованиям в области механики».

После Великой Октябрьской социалистической революции Сергей Алексеевич вернулся в университет. Было трудное время. Трамваи не ходили, и на занятия профессора и студенты добирались пешком. Здание университета не отапливалось, и в аудиториях все сидели в пальто и шапках. Но, несмотря на эти трудности, жизнь университета шла своим обычным порядком. Преподаватели в точно назначенное время входили в аудитории и начинали занятия с немногочисленными тогда студентами.

Помимо преподавания в университете Сергей Алексеевич Чаплыгин продолжает заниматься исследовательской работой. С 1918 года он участвует в работе Комиссии особых артиллерийских опытов при Главном артиллерийском управлении и в работе Научно-экспериментального института путей сообщения.

Стране Советов нужны самолеты, ив 1918 году в Москве организуется Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ). Директором назначают Жуковского, который привлекает к работе Чаплыгина. Николай Егорович поручает ему руководить филиалом ЦАГИ в Кучино под Москвой. К сожалению, их сотрудничество в ЦАГИ продолжалось недолго. В 1921 году «отец русской авиации» умирает, и главным научным руководителем и председателем коллегии ЦАГИ становится Чаплыгин.

Здание Аэрогидродинамического института еще не закончено, и Сергей Алексеевич много времени проводит на стройке. Под его руководством создаются различные лаборатории для испытаний, конструкторское бюро и даже опытный завод, на котором можно было строить самолеты. Одновременно он ведет большую научную работу. В это время им написаны исследования: «К общей теории крыла моноплана» (1920), «Схематическая теория разрезного крыла» (1921), «О влиянии плоскопараллельного потока воздуха на движущееся в нем цилиндрическое крыло» (1926).

Еще в 1914 году Сергей Чаплыгин выполнил исследование «Теория решетчатого крыла», которое также на десятилетия опередило свое время. В нем Чаплыгин пришел к парадоксальному на первый взгляд выводу: крыло в виде жалюзи обладает большей подъемной силой и более устойчиво в полете, чем сплошное крыло такого же размера.

Это был существенный вклад в теорию крыла аэроплана. Кроме того, работа Чаплыгина имела также значение для теории гидравлических машин. Президент Академии наук СССР Мстислав Всеволодович Келдыш так оценивал ее:

«Теория решетчатого крыла», в которой заложены основы теории обтекания решеток циркуляционным потоком, является базой для расчета винтов, турбин и других гидравлических машин».

В работе «Схематическая теория разрезного крыла» (1921) Чаплыгин продолжает размышлять над проблемой составного крыла и указывает, как можно улучшить аэродинамические качества крыла, увеличить его подъемную силу. Если крыло в форме дуги окружности разрезать на две части и раздвинуть их надлежащим образом, то подъемная сила такого разрезного крыла будет больше.

В 1931 году Чаплыгин вместе со своим учеником Николаем Сергеевичем Аржаниковым написал работу «К теории открылка и закрылка», как бы завершающую эту тему. В чем была ценность этих работ? Чем меньше скорость самолета, тем легче ему совершить посадку, тем она безопаснее. Отсюда желание — летать с большой скоростью, а садиться с малой. Но небольшая скорость — это малая подъемная сила. При недостаточной же подъемной силе самолет может упасть на землю и разбиться. Следовательно, надо увеличивать скорость, чтобы самолет держался в воздухе- Получается замкнутый круг. Работы Чаплыгина помогли разорвать этот круг.

Крылья современных самолетов имеют предкрылки и закрылки. Выпуская их, летчик увеличивает подъемную силу на 20, 50 и более процентов, что позволяет ему садиться на полосу с меньшей скоростью.

Интересно, что эта работа делалась тогда, когда ни один самолет не имел составных крыльев. В них не было необходимости, так как посадочные скорости были невелики. С ростом скорости полета стала расти и посадочная скорость. Теперь все современные самолеты имеют крылья с управляемыми закрылками и щитками, которые позволяют, не уменьшая скорости полета, уменьшать посадочную скорость самолета. Сергей Алексеевич в своих трудах, как всегда, шел впереди современной ему техники.

Решетчатые крылья сегодня установлены на космическом корабле «Союз» (это элемент аварийного спасения кабины с космонавтами), на судах с подводными крыльями, на морских кораблях для стабилизации их во время качки. Теперь составные и решетчатые крылья — это обычный элемент многих транспортных систем.

Научная деятельность Сергея Чаплыгина выдвинула его на одно из первых мест среди ученых Советского Союза, и в 1926 году он был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, а 12 января 1929 года — академиком.

При избрании его в 1929 г. действительным членом Академии наук СССР академик А. Н. Крылов говорил о нём: «С.А. Чаплыгин по своему таланту как математик, по своим работам, создавшим новые важные методы для решения труднейших, но самою жизнью поставленных задач авиации, проявивший себя как организатор не только высшего учебного и учёного учреждения, но и величайшей в мире исследовательской лаборатории по аэро- и гидродинамике является именно таким кандидатом, которым наша Академия может гордиться».

Огромная административная работа, которую вел Чаплыгин как директор-начальник ЦАГИ, отнимала много сил, и в 1931 году ученый попросил освободить его от занимаемой должности по состоянию здоровья. Просьба была удовлетворена, но работу в ЦАГИ Чаплыгин продолжал до последних дней жизни. Он был начальником общетеоретической группы ЦАГИ, а с 1940 года возглавлял аэродинамическую лабораторию, которая теперь носит его имя. В любую погоду, несмотря на старческие недомогания, в положенное время он приходил в лабораторию, показывая своим молодым коллегам пример истинного служения науке. Сотрудники отмечали его справедливость, строгость и доброту.

В 1933 году Сергей Чаплыгин был награжден орденом Ленина, а в феврале 1941 года ему было присвоено высокое звание Героя Социалистического Труда.

Когда началась война, Сергею Алексеевичу предложили уехать из Москвы, но он отказался. В октябре 1941 года фронт близко подошел к столице. Было принято решение перебазировать ЦАГИ на восток. Вместе с институтом в Новосибирск уехал и Чаплыгин. На новом месте он возглавил работу по созданию филиала ЦАГИ. Каждый день на строительной площадке можно было видеть престарелого ученого, отдающего четкие и ясные распоряжения.

Сергей Чаплыгин умер в Новосибирске 8 октября 1942 года, не дожив до Победы, в которую свято верил и для которой самозабвенно трудился. Последние написанные им слова были: «Пока есть еще силы, надо бороться… надо работать».

Постулат Жуковского - ЧаплыгинаПостулат Жуковского — Чаплыгина

Согласно теореме Жуковского подъёмная сила, действующая на единицу длины бесконечного (в направлении, перпендикулярном своей плоскости) крылового профиля в потоке идеальной жидкости, набегающей со скоростью скорость, равна:

F = − ρuΓ, где Γ — циркуляция скорости вокруг профиля.

Однако циркуляция — фиктивная величина, рассматриваемая в гидродинамике идеальной жидкости, чтобы учесть несуществующие касательные напряжения, возникающие при обтекании в реальной жидкости. Различные циркуляции определяют разные режимы обтекания профиля, но в природе это однозначное явление. Поэтому для её определения приходится вводить дополнительные (не всегда физические соображения). Одним из таких является постулат Жуковского — Чаплыгина:

Из всех возможных обтеканий крыла с задней острой кромкой в природе реализуется только то, в котором скорость в заднем острие конечна.

При всех, кроме одного, значениях циркуляции скорости направление потока на острой кромке терпит разрыв, что не может быть с физической точки зрения. Поэтому постулат позволяет однозначно определить циркуляцию и, по теореме Жуковского, — подъёмную силу.

фотография памятника С.А.ЧаплыгинуПримечание. Если скорость на задней кромке конечна при Γ = 0, то направление скорости называется направлением бесциркуляционного обтекания.

Память

Город Чаплыгин (до 1948 — Раненбург), город, центр Чаплыгинского района Липецкой области РСФСР. Расположен на реке Становая Ряса (бассейн Дона). Железнодорожный узел (Раненбург) линий на Богоявленск, Троекурово, Лев Толстой. Переименован в честь С. А. Чаплыгина,который родился в Раненбурге.

Улица Чаплыгина в ЦАО г. Москвы расположена в Басманном районе между Большим Харитоньевским переулком и улицей Покровка. Ранее называлась Машков пер. по домовладельцу XVIII в. дворцовому гоф-юнкеру Машкову. В 1942 году переименована в память об академике Сергее Александровиче Чаплыгине (1869—1942), жившем в доме № 1а этой улицы.

Кратер Чаплыгин — кратер на обратной стороне Луны. Кратер имеет сглаженный вал, террасу и обрушение, мощный внешний вал, много пиков и горок дне, цепочку, неровный характер дна, на дне нет лавы, не имеет лучевой системы, находится на материке. Координаты      -5.7, 150.35° ю. ш. 150° в. д. / 5.7° ю. ш. 150.3° в. д. Диаметр 125 км. SAI индекс – 144.

В Москве установлен бюст Чаплыгина (1960), а на территории ЦАГИ — памятник (1959). Его имя носят научно исследовательский институт авиации в Новосибирске, аэродинамическая лаборатория в ЦАГИ. В Москве действует мемориальный музей-квартира Чаплыгина.

В статье использованы материалы:

Самин Д. К. 100 великих ученых. — М.: Вече, 2000

Келдыш М.В. Сергей Алексеевич Чаплыгин. В книге: Чаплыгин С.А. Избранные труды по механике и математике. М., Гостехтеориздат, 1954

  • Дмитрий Панкратов

    Очень старое и очень распространенное представление о математиках как об угрюмых, одиноких, мрачных и рассеянных людях давно уже разрушилось. Пользуются им лишь плохие художники, изображая учителей арифметики и алгебры в гимназиях.
    Сергей Алексеевич Чаплыгин со своей внешней суровостью и гордо посаженной головой только машинисткам внушал страх, и они крестились, прежде чем войти в его кабинет. Стоило побыть с ним несколько минут, как простота, естественность, непринужденность его обращения и, главное, необыкновенная милая улыбка покоряли гостя, студента, служащего. А когда они еще и удостоверялись в том, что этот по виду суровый забывчивый человек никогда не забывает исполнить то, что обещал, Сергей Алексеевич становился для них идеальным носителем великого ума, строгой простоты и человеческой воспитанности.

    Говоря об исключительных свойствах ума этого человека стоит отметить, что академик С.А. Чаплыгин мог безошибочно назвать номер телефона, по которому он звонил пять лет назад случайно всего один раз.

  • В этот день
    На эту дату ничего нет.
  • Instagram
    Instagram

  • Счётчики
    Яндекс.Метрика