Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Появление и формирование аэродинамических устройств, лабораторий и научно-технических комплексов в России 17
1.1. Зарождение авиационной науки и техники 17
1.2. Этапы развития авиации и возникновение научно-экспериментальных центров 23
1.3. Эволюция первых аэродинамических исследований, аэродинамических труб и лабораторий в России 25
1.4. Создание комплекса лабораторий Аэродинамического института Д.П.Рябушинского в Кучине 30
Глава П. Возникновение, организация и строительство комплекса ЦАГИ в Москве 39
2.1. Концепция создания ЦАГИ в Москве и роль Н.Е.Жуковского 39
2.2. Проектирование, строительство, авторы и генеральный план комплекса ЦАГИ в Москве 43
2.3. Техническое и художественное новаторство комплекса ЦАГИ конца 20-х и начала 30-х годов XX столетия 45
Глава III. Сооружение аэродинамической трубы (АДТ) T-I-II в здании ЭАОЦАГИ 59
3.1. Основные характеристики и описание АДТ T-I-II 59
3.2. Проектирование, строительство, монтаж и сборка конструкции АДТ T-I-II 61
3.3. Принцип действия АДТ T-I-II и технология проведения в ней аэродинамического эксперимента 64
3.4. Конструкция четырехкомпонентных аэродинамических весов для АДТ T-I-II 66
3.5. О точности аэродинамических испытаний 67
3.6. Достижения и преимущества АДТ T-I-II в здании ЭАО ЦАГИ. Сравнительные данные характеристик
АДТ в мире 1903-1927 гг 68
3.7. Современное назначение АДТ T-I-II 72
Глава IV. Сооружение гидроканала ЭГО ЦАГИ 74
4.1. Основные характеристики и описание гидроканала 74
4.2. История постройки и функциональное назначение гидроканала 75
4.3. Гидроканал как инструмент для исследования процессов гидродинамики и динамики двусредных аппаратов.
Вопросы моделирования 77
4.4. Основные элементы гидроканала: бассейн, рельсы и буксировочная тележка для экспериментов 80
4.5. Технические особенности и преимущества гидроканала ЭГО ЦАГИ. Сравнительные данные характеристик гидроканалов в мире 1925-1937 гг 84
4.6. Современное назначение гидроканала ЦАГИ 87
Глава V. О целесообразности введения понятия «памятник научно-технического и промышленного комплекса» (ПНТПК) и применение его к объектам комплекса ЦАГИ в Москве 89
5.1. Специфика становления и формирования понятия «памятник научно-технического и промышленного комплекса» (ПНТПК) 89
5.2. О целесообразности введения понятия ПНТПК в России и международный опыт 92
5.3. Типологизация и классификация памятников научно-технического и промышленного комплекса (ПНТПК) 95
5.4. Создание и формирование историко-технического паспорта и информационной карты ПНТПК и применение понятия ПНТПК к объектам комплекса ЦАГИ в Москве 96
Заключение и выводы 101
Список источников 104
Библиография использованной литературы 104
Архивные и музейные источники 114
Приложение
- Эволюция первых аэродинамических исследований, аэродинамических труб и лабораторий в России
- Проектирование, строительство, авторы и генеральный план комплекса ЦАГИ в Москве
- Принцип действия АДТ T-I-II и технология проведения в ней аэродинамического эксперимента
Введение к работе
Актуальность. Для отражения развития отечественной науки и техники в современном историко-техническом аспекте все большую актуальность и необходимость получает научный интерес и исследовательский подход к крупным научно-техническим и промышленным комплексам в России, которые представляют технический базис и основу для развития новых видов различных аппаратов и техники в целом.
В российской историко-технической, а также в историко-архитектурной науках сложилась парадоксальная ситуация отсутствия информационного и научно-технического анализа этого аспекта. Необходимость изучения, рассмотрения и осмысления всех историко-технических и документально-базовых данных крупных отечественных научно-технических комплексов подтверждается все более возрастающим интересом к недвижимому историко-техническому и историко-культурному наследию России периода активного индустриального развития и новейшей технической революции начала XX в.
Для изучения исторического прошлого и развития науки и техники в России в контексте вышеупомянутых проблем необходимо впервые проанализировать на конкретном примере создания научно-технического комплекса ЦАГИ в Москве и сформулировать систему историко-технических оценок и попытаться составить классификацию недвижимых научно-технических и промышленно-технических комплексов и их составных объектов.
В соответствии с федеральным законом № 2519 «Об объектах культурного наследия (памятники истории и культуры) народов Российской Федерации» (принятым Государственной Думой 24.05.2002 г. и одобренным Советом Федерации 14.06.2002 г.) к объектам культурного наследия относятся (статья 3) «Объекты недвижимого имущества со связанными с ними... объектами науки и техники и иными предметами материальной культуры, возникшие в результате исторических событий, представляющие собой ценность с точки зрения... науки и техники... и являющиеся свидетельством эпохи цивилизаций, подлинными источниками информации о зарождении и развитии культуры». Это определение является недостаточным обоснованием для формирования статуса объекта культурного наследия РФ в применении к научно-техническим и промышленным недвижимым комплексам (понятие «предмет материальной культуры» к ним не применимо). Вопрос изучения данных объектов до последнего времени оставался открытым и требует безотлагательного изучения и историко-технической оценки в связи с быстроменяющимися историческими и политическими направлениями современного социально-экономического этапа развития России.
В качестве одного из первых подобных объектов для рассмотрения и изучения этого вопроса в роли недвижимого объекта культурного наследия и научно-технического комплекса выбран московский комплекс Центрального аэрогидродинамического института им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ). Он явился ядром отечественной науки, обусловившим появление новых передо-
вых видов техники для передвижения человека, и стал одним из крупнейших в мире научно-технических центров XX в.
В диссертации впервые рассматриваются актуальные вопросы эволюции и периодизации аэродинамических исследований с появлением и развитием научных аэро- и гидродинамических установок и оборудования в России с конца XIX в., приведших к возникновению комплекса лабораторий ЦАГИ в Москве.
Основная цель исследования - это анализ создания, развития и существования в 1918-1930 гг. научно-технического и промышленного комплекса ЦАГИ в Москве. И в результате выявление необходимости формирования нового научного понятия «памятник научно-технического и промышленного комплекса» (ПНТПК) и целесообразности введения экспертных оценок на объективном примере и факте создания ЦАГИ.
Выявление, изучение и уточнение особенностей возникновения крупного научного комплекса авиационного профиля, способствовавшего широкому развитию авиационной науки и соответственно созданию и развитию сложных ЛА и других видов техники различного назначения.
Задачами исследования данной работы являются: изучение истории создания комплекса ЦАГИ в г. Москве, введение в научный оборот новых классификационных факторов, внесение корректив и уточнение приоритетов, прогноз дальнейшего развития истории и функционирования научно-технических центров в России, на примере авиационного комплекса ЦАГИ.
Помимо этого предлагается формирование возможной системы научно-технического экспертного обоснования статуса ПНТПК для объектов культурного и технико-исторического наследия России. И, кроме того, создание системы оценок с применением классификации и историко-технического паспорта к подобным объектам.
Научная новизна. Изучение отечественной и зарубежной литературы, посвященной истории научно-технических и промышленных комплексов в общем понимании и история авиационно-научного комплекса ЦАГИ в Москве, в частности, показало, что работ по комплексному всеохватывающему ис-торико-техническому анализу развития подобных авиационных научных комплексов до нынешнего времени не проводилось. Отдельные факты и периоды возникновения и развития московского комплекса ЦАГИ отражены в некоторых юбилейных изданиях, касающихся истории ЦАГИ. Однако в этих работах обнаруживается недостаток фактического материала и отсутствует широкий анализ возникновения и создания первого научного авиационного комплекса, каковым является ЦАГИ в Москве. Цельная и взаимосвязанная картина оценок всего научного комплекса и его отдельных важных и разнопрофильных технико-исторических объектов отсутствует. Особенно ощущается отсутствие анализа историко-технического и архитектурно-строительного развития московского комплекса ЦАГИ в качестве единого градостроительного ансамбля, в контексте появления как научно-технического, так и архитектурно-художественного новаторства и авангарда, его первичного проявления и осуществления в реально созданных зданиях и сооружениях ЦАГИ. В данном
случае сами здания и сооружения явились некими уникальными крупноразмерными техническими зданиями-приборами научных лабораторий, сконструированными по индивидуальным инженерным проектам и показавшими блестящие результаты в экспериментах для решения классических задач аэродинамики и гидродинамики. Это в значительной степени обусловило появление и развитие новых видов отечественной экспериментальной техники как базы для развития авиации сухопутного и морского применения.
Впервые в необходимом широком объеме отражены историко-технические аспекты процесса создания и развития ЦАГИ им. проф. Н.Е.Жуковского 1918-1930гг. В результате представлена историческая картина концепции ЦАГИ, проектирования и строительства комплекса в Москве.
В научно-технической сфере впервые составлены и представлены периодизация и систематизация аэродинамических исследований, установок и лабораторий в России. Периодизация отражает создание в России сначала небольших аэродинамических лабораторий, а затем и крупных комплексов, включающих аэродинамические и гидродинамические лаборатории. Выявлены закономерности, а также постоянный и переходящий факторы, определившие развитие и дальнейшие направления научной деятельности подобных аэродинамических лабораторий. Проанализирована эволюция развития - от простого к сложному - первых аэродинамических установок, ставших на каждом этапе развития определенным достижением и продвижением новых научных направлений. Учение о движении воздуха и его взаимодействия с обтекаемыми телами подтвердило важнейшую роль аэродинамики в разработке теоретических основ полета аппаратов тяжелее воздуха, к которым относятся самолеты, вертолеты и т. д.
В процессе исследования прослеживаются закономерности развития сначала первых небольших аэро- и гидродинамических лабораторий, а затем и крупных аэро- и гидродинамических комплексов, включая первую треть XX века. Выявлена эволюция зависимости результатов экспериментов от заданной скорости движения воздушного потока, обтекающего твердые тела, а также влияние различных параметров и размеров первых аэродинамических труб на результаты экспериментов. Первый в России комплекс лабораторий Аэродинамического института Д.П. Рябушинского, созданный для решения проблемных задач авиации, выдвигается в роли основного эмпирического прототипа московского комплекса лабораторий ЦАГИ.
Впервые проанализированы в историко-технических аспектах два основных объекта комплекса ЦАГИ - здание ЭАО с аэродинамической трубой (АДТ) T-I-II и гидроканал. Впервые собран и систематизирован материал по техническим параметрам и характеристикам первых аэродинамических труб с использованием графиков, таблиц и диаграмм.
На основе изучения проектно-технической документации, пояснительных записок и т. д. внесены уточнения и определения, касающиеся историко-технической и архитектурно-строительной новизны первого новаторского авиационного комплекса ЦАГИ в Москве. Дана оценка роли создателей -конструкторов, инженеров и архитекторов упомянутого комплекса, их даль-
нейшая работа получила развитие в продвижении и создании авиационной техники новых поколений. Создание московского комплекса ЦАГИ явилось образцом для появления и создания других новых научных комплексов авиационного профиля. Наряду с этим можно отметить, что в области архитектуры и строительства проявилась оригинальность новых авангардных решений строительства научно-технических сооружений новаторского внешнего облика, характерного для первой трети XX века.
Впервые на основании проведенного анализа комплекса ЦАГИ 1920— 1930 гг. предлагается целесообразность введения нового научного понятия -«памятник научно-технического и промышленного комплекса» (ПНТПК).
Впервые в результате проведенной работы предложено классифицировать объекты ПНТПК с возможным оформлением историко-технического паспорта и информационной карты ПНТПК. Составлены универсальные таблицы, графики и схемы классификаций, отражающие развитие авиационно-технических лабораторий и комплексов.
Задачи исследования. В ходе историко-технического анализа двух главных объектов комплекса ЦАГИ - здания ЭАО с T-I-II и гидроканала -выявить целесообразность введения нового научного понятия - «памятник научно-технического и промышленного комплекса» (ПНТПК) с последующим предложением о формировании оценочной документации.
Обосновать историко-техническую ценность и необходимость присвоения зданиям и сооружениям комплекса ЦАГИ в Москве периода 1920— 1930 гг.статуса - объект национального культурного значения в новом научном понятии ПНТПК.
Методика исследования. В диссертационной работе использованы методы исследования, основанные на всестороннем анализе и изучении основных исторических факторов, обусловивших формирование первого крупного авиационного научно-технического комплекса в Москве. Изучены и использованы различные исторические источники разнопланового характера и происхождения.
Применены методы историко-технических исследований: методы сравнения и аналогий, логический исторический анализ эволюционной картины развития, методы типологизации и классификации объектов в сочетании с системным подходом и формированием признаков нового научного понятия.
В данном исследовании введены в научный обиход в качестве натурных исторических и технических источников крупные реальные объекты, каковыми являются здания и сооружения московского комплекса ЦАГИ. В процессе работы над данной темой изучены различные архивные, музейные и литературные источники, хранящиеся в фондах Научно-мемориального музея проф. Н.Е. Жуковского и других организаций.
На защиту в результате проведенного анализа создания и развития комплекса ЦАГИ в Москве выносятся научные положения, которые образуют основы научной работы по формированию впервые в истории науки и техники историко-технической коллекции возможных памятников - комплексов истории, представляющих для науки и техники основу создания рее-
стра объектов недвижимого имущества РФ. Все они представляют объекты материальной культуры и составляют культурное наследие России как памятники истории и культуры, в определение которых необходимо внести, кроме понятий объектов науки и техники, и понятие «памятник научно-технического и промышленного комплекса». Оно является не только иным понятием материальной культуры, но и самостоятельным научным понятием. Это понятие включает сложные историко-технические объекты с применением (стационарно -1 вариант и обособленно - II вариант). В данных сооружениях в первом варианте применение различных механических, динамических и технических устройств и механизмов в объеме целого отдельного здания или сооружения. И во втором варианте с применением обособленно от зданий комплекса функционирующих механизмов и устройств (аэропланы, зонды, ракеты и др.).
Эти положения включают:
Результаты анализа создания, развития и строительства комплекса московской части Центрального аэрогидродинамического института им. проф. Н.Е. Жуковского (1918-1930 гг.) показывают его роль как первого научно-технического и промышленного центра в России в области авиации.
В истории науки и техники с появлением новых разделов механики (аэро- и гидродинамики) выявление шести основных периодов эволюции аэродинамических исследований, устройств, оборудования и лабораторий в России: 1-й период- 1873-1902 гг.; И-й- 1902-1910 гг.; Ш-й - 1910-1914 гг.; IV-й - 1914-1917 гг.; V-й - 1917-1923 гг.; VI-й - 1923-1930 гг. Эта хронология - результат проведенного анализа исторических материалов, технических характеристик и параметров первых специальных устройств, установок и лабораторий для опытов с искусственным потоком воздуха.
Новую современную трактовку сущности научно-технического и промышленного комплекса (НТПК) на примере создания и функционирования московского комплекса ЦАГИ и четырех выведенных в процессе исследования признаков его идентификации:
а) реальность созданных сооружений и строений, отражающих таким
образом подлинно и документально исторический процесс развития науки и
техники;
б) в процессе существования и функционирования объекты НТПК оп
ределяли появление новых научно-технических достижений и нового науч
ного знания;
в) наличие сложных технических структур, конструктивной основы
и применение уникальных движущихся механизмов (как стационарно в не
движимых комплексах, так и обособленно в отдельном применении) и их
роль в истории развития отечественной науки и техники;
г) необходимость использования объектов в настоящее время и в даль
нейшей научно-исследовательской работе, с постановкой сложных исследо
вательских экспериментов для продвижения отечественных научно-
технических знаний и образования основ для возможного появления новых
видов техники.
4. Историко-технический аспект исследования комплекса ЦАГИ в Москве и двух его основных объектов последовательно определяет целесообразность и необходимость введения нового научного понятия в историко-технический оборот современных терминов - «памятник научно-технического и промышленного комплекса» (ПНТПК) с оформлением исто-рико-технического паспорта и информационной карты ПНТПК.
Все эти выводы построены на основе изучения и анализа технических и исторических решений и методик, воплощенных в проекты и осуществленных в реальности НТПК московского ЦАГИ.
Практическое значение работы. Представленная работа - первая попытка создания и развития нового специального научного направления, разрабатываемого в первую очередь как историко-техническое, а также как историко-архитектурное исследование. Данное новое направление должно явиться основой для формирования новых разделов, изучающих НТПК как в области естествознания, истории науки и техники, так и в области архитектуры. Работа выявляет необходимость создания научных основ, принципов и подходов к постановке и ведению научных исследований по тематике НТПК, связанных с формированием источниковой базы данных по истории отечественной науки и техники, ее изучением, описанием и трактовкой в современных условиях.
Практическое значение работы состоит в том, что результаты исследования могут быть использованы (и уже используются) для создания системы целенаправленного выявления и сохранения в рамках объектов культурного наследия страны материальных объектов и памятников в ведущих отраслях истории науки и техники, отражающих исторический процесс её развития и современность.
Проведенный историко-технический анализ комплекса ЦАГИ и его результаты могут быть использованы в современной практике в дальнейшем для присвоения статуса - памятник российского промышленного и культурного значения.
Материалы работы могут использоваться для восстановления приоритетов отечественного инженерного творчества и широкой исторической картины появления и развития лабораторий московского комплекса ЦАГИ.
Составленная и представленная автором периодизация эволюции аэродинамических исследований, установок и лабораторий может быть использована в учебном процессе высшей и средней специализированных школ.
Проведенный анализ двух основных объектов - здания ЭАО с АДТ T-I-II и гидроканала - позволяет оценивать эти два объекта как выдающиеся реализованные отечественные инженерные проекты XX века.
Выявленные в процессе исследования комплекса ЦАГИ историко-технический потенциал и ценность российского индустриального наследия подтверждают целесообразность введения в научный оборот нового понятия «памятник научно-технического и промышленного комплекса» (ПНТПК), необходимого для применения в области охраны и изучения объектов российского наследия и для юридической защиты данных объектов историко-технических сооружений.
Работа может служить начальной составной частью полномасштабного исследования истории отечественных научно-технических и промышленных комплексов различного профиля и специализации, выбывающих из функционального использования или функционирующих в научно-технических и промышленных сферах России.
Апробация работ и публикации. Различные аспекты исследования обсуждались на научных конференциях, симпозиумах и конгрессах. В рамках работы над диссертацией автором прочитано 7 докладов:
Научный комплекс ЦАГИ в Москве //618-е заседание секции истории авиации и космонавтики Национального комитета РАН по истории науки и техники. ИИЕТ, 2002.
Комплекс ЦАГИ в Москве - воплощение архитектурных и технических новаций 1920-1930 гг. //XXX Международный симпозиум по истории техники. ICOHTEC-2003.
Архитектура комплекса ЦАГИ в Москве, состояние и проблемы сохранения //XII Международный конгресс «Возрождение старых промышленных центров и роль индустриального наследия». TICCIH-2003.
Первые аэродинамические лаборатории в России // Научные чтения по авиации, посвященные памяти Н.Е. Жуковского, секция истории авиации и космонавтики Национального комитета РАН по истории науки и техники. ИИЕТ, 2003.
Архитектурные аналогии зданий аэродинамических труб ЦАГИ в творчестве А.С. Фисенко // Научная конференция Московского архитектурного института (Государственная Академия). МАрхИ, 2003.
К истории создания Аэродинамического института в Кучине //Научно-теоретическая конференция Комитета по культуре и молодежной политике, г. Железнодорожный МО, 2004.
Комплекс зданий Аэродинамического института Д.П. Рябушинского в Кучине // Научная конференция МАрхИ, посвященная 60-летию Победы. 2005.
Кроме перечисленных докладов основные разделы диссертации отражены в 10 публикациях.
Структура работы принята в соответствии с проблемами, исследуемыми в диссертации.
Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов, а также списка литературы и перечня других различных источников.
В главе I рассматриваются появление и формирование первых аэродинамических устройств, установок и лабораторий в России.
В первых двух разделах анализируются зарождение авиационной науки и техники, этапы развития авиации и возникновение научно-экспериментальных центров. Составлена периодизация аэродинамических исследований по шести ступеням развития, представлены особенности периодов возникновения и развития научных центров в целях создания новой техники. Каждому историческому периоду развития авиации сопутствует появление научных лабораторных исследований, обусловивших создание крупного научно-технического комплекса ЦАГИ в Москве. Освещается история и проводится анализ появле-
ния первых аэродинамических лабораторий в России, вначале в рамках высших учебных заведений (ИМУ, ИМТУ) с применением простейших устройств, а затем как специально и отдельно построенный объект комплекса Аэродинамического института Д.П. Рябушинского в Кучине.
Исследованы сравнительные характеристики и основные параметры первых аэродинамических устройств АДТ в России по величинам показателей диаметра рабочей части и скорости движения воздушного потока в аэродинамической трубе.
В главе II обосновываются возникновение, организация, формирование крупного научного авиационного комплекса в Москве и его строительство на примере московского комплекса ЦАГИ. Рассматриваются его основные задачи, функции, составляющие части и объекты. Анализируется и исследуется в целом историко-техническое и архитектурно-художественное новаторство объектов, построек и сооружений ЦАГИ.
В главе III анализируется и рассматривается первый основной крупный научно-технический объект московского комплекса ЦАГИ, в который входит здание ЭАО и аэродинамическая труба T-I-II. Собраны и выделены в таблицу основные характеристики объекта, историко-техническое описание, принципы действия и проведения экспериментов. Представлены сравнительные таблицы, графики и диаграммы основных параметров и характеристик аэродинамических труб и лабораторий первой трети XX в. Указываются преимущества и достоинства данного сооружения, созданного в период 1920-1930 гг.
В главе IV рассматривается и анализируется второй основной крупный объект в московском комплексе ЦАГИ - уникальное сооружение гидроканала как научного инструмента для исследования гидросамолетов, судов и т. д. Приводятся основные характеристики данного объекта, техническое описание и особенности научно-технического устройства и его состояние. Указаны принципы действия, функционирования и постановки опытных экспериментов, а также приведены преимущества и достоинства гидроканала. Даны сравнительные результаты анализа параметров и основных характеристик (вес, скорость движения тележки, размеры и сечения опытового бассейна) гидроканалов в мире 1925-1937 гг. Построены графики и диаграммы.
В главе V рассматривается целесообразность введения и формирования нового понятия «памятник научно-технического и промышленного комплекса» (ПНТПК), которое иллюстрируется на примере московского комплекса ЦАГИ. Анализируются международный опыт и практика применения аналогичных понятий в отечественной материальной культуре: памятник архитектуры (ПА), памятник градостроительства (ПГ), памятник истории и культуры (ПИК), памятник науки и техники (ПНТ). Даны результаты исследования и анализ применения нового научного положения и понятия ПНТПК для выявления принадлежности к данному понятию объектов с использованием специального технико-исторического паспорта и информационной карты, введенных автором для историко-технического общероссийского реестра.
В выводах и заключениях изложены основные результаты, полученные в ходе исследования, изучения и анализа конкретных объектов научно-технического комплекса ЦАГИ. Сформулированы и приводятся новые научные понятия, определяется специфическая система принципов новой научно-технической, историко-промышленнои и историко-архитектурнои оценки подобных явлений и объектов в современном контексте развития естествознания и техники. Указываются направления применения на практике подхода к изучению и оценке функционирования крупных научно-технических объектов на современном этапе.
Диссертация изложена на 160 страниц, иллюстрирована 44 таблицами, графиками, схемами, чертежами, а также документальными фотоматериалами периода 1904-1930 гг. и настоящего времени. В заключении приводится список литературы и других источников, включающих архивные и музейные материалы.
link1 Эволюция первых аэродинамических исследований, аэродинамических труб и лабораторий в России class1
В данном разделе прослеживается эволюция первых аэродинамических труб и лабораторий в России с 1871 г. до 1918 г., включая период возникновения и создания ЦАГИ, - по материалам, которые сохранила для нас история.
Первыми экспериментальными исследованиями с воздушным потоком в России следует считать опыты штабс-капитана Михайловской артиллерийской академии в Санкт-Петербурге Владимира Андреевича Пашкевича, организованные на его первой аэродинамической трубе по баллистическим исследованиям в 1873-1874 гг., а до 1882 г. еще на двух вариантах этой трубы. Идея создания трубы была высказана Пашкевичем на конференции в Артиллерийской академии 31 октября 1871 г. (по старому стилю) [55, С.261] Вскоре были получены государственные средства на изготовление первого варианта трубы с вентилятором D = 0.25 м и числом оборотов до 800 в минуту и оборудованной аэродинамическими пружинными весами. Опыты состоялись только на втором варианте трубы с аэродинамическими весами рычажного типа. Были проведены испытания моделей снарядов при трехкратной продувке, показавшие влияние неравномерности поля скоростей воздуха на результаты. В связи с этим задумали третий вариант трубы с увеличением поперечного сечения и скорости потока. Эта труба была установлена в литейном гильзовом отделе Петербургского патронного завода в 1882 г. Получивший звание полковника В.А. Пашкевич настойчиво проводил свои опыты более десяти лет. Однако для баллистики эти эксперименты существенных результатов не дали вследствие незначительных скоростей воздушного потока по сравнению с реальными скоростями артиллерийских снарядов.
На следующем этапе создания аэродинамических установок отечественная история упоминает проекты ученого-самородка и философа Константина Эдуардовича Циолковского из Калуги, создавшего в 1887 г. для своих опытов аэродинамическую трубу, сечением 40x40 см, принцип действия которой напоминал веялку с применением спрямляющей решетки - хонейкомба. Скорость потока воздуха доходила до 5.15 м/с. Опыты, проведенные для пластинок с различными углами атаки, позволили Циолковскому подготовить работу «К вопросу о летании посредством крыльев», о которой положительно отозвался Н.Е. Жуковский. Однако Академия наук к трудам Циолковского отнеслась пренебрежительно [7, С.94]. В 1957г. для музея К.Э.Циолковского, к 100-летию которого КБ им. Королева в масштабе 1:1 сделало копию трубы, установленную в Калуге.
В 1896 г. в кабинете прикладной механики Императорского Московского университета под руководством профессора Н.Е. Жуковского студенты Кузнецов и Андрэ производили опыты по сопротивлению воздуха с падающими конусами, результаты которых были напечатаны в журнале Русского физико-химического общества [90, С.1].
Изучение сопротивления моделей тел в искусственном потоке воздуха при неподвижном положении исследуемого объекта было начато российскими учеными; в частности проф. Велнер (Wellner) впервые указал на возможность работы в трубах с всасыванием воздуха [35, С.77].
В 1902 г. также в Московском университете была сконструирована и построена первая «галерея для искусственного потока воздуха» сечением 75x75 см и скоростью от 1.5 м/с, где для получения больших скоростей (до 20 м/с) применялась насадка, суживающая сечение. На основании многолетних опытов в кабинете прикладной механики Московского университета, со скромным бюджетом в 1200 руб. в год, были разработаны программа и новые методы исследования. В 1909 г. для реализации программы при финансовой поддержке Общества Х.С. Леденцова [32, С.ЗО] была построена большая аэродинамическая труба из картона на деревянном каркасе длиной 10 м с D = 1.6 м и скоростью при применении насадки до 35 м/с. Эта труба была повреждена при бомбежке Москвы в 1942 г. и до настоящего времени не сохранилась.
В 1904 г. на частные средства крупного предпринимателя, старообрядца, П.М. Рябушинского, оставленные в наследство сыну- Дмитрию Павловичу Рябушинскому, - был построен в их имении в Кучине (Нижегородской железной дороги), институт для экспериментального изучения проблем аэродинамики. Затраты на его строительство составили 100 тысяч золотых рублей. «Кучинский институт возник по моей идее и до сего времени является учреждением частным», - писал Д.П. Рябушинский в год 10-летия существования института [80, С.4]. Оборудование института состояло из круглой аэродинамической трубы = 1.2 м, длиной 14.5 м и скоростью воздушного потока до 6 м/с. Кроме того, позже была смонтирована вертикальная труба из картона на деревянном каркасе, в верхней части которой был укреплен цилиндр для обеспечения однородности потока, а внизу - вентилятор. В башне помещался прибор для исследования винтов, сконструированный Н.Е. Жуковским. Рядом, на реке Пехорка, была построена гидродинамическая лаборатория.
Некоторые работы касались исследования различных систем и размеров аэродинамических труб, влияния типов и размеров трубы на результаты, а также скорости потока и способа закрепления моделей. До 1906 г. в мастерских Кучинского института под руководством Н.Е. Жуковского были разработаны новые испытательные (аппарат для определения «коэффициента сопротивления» при движении тел в воздухе, прибор испытания винтов С.С. Неждановского) и измерительные приборы [8, СП]. Ставились задачи выработки рекомендаций, необходимых для проектирования летательных аппаратов.
Результаты работ этого времени были опубликованы (45 статей) в шести выпусках «Бюллетеня Аэродинамического института в Кучине» (1906 -27 1920 гг.). Эти труды определили авторитет Рябушинского среди европейских ученых. Только в 1909 г. немецкий профессор Л. Прандтль открыл подобную лабораторию в Геттингене, а Г. Эйфель и профессор Рато - в Париже, с учетом опыта русских ученых.
К 1910 г. в России появились новые аэродинамические лаборатории, значительно опередившие Кучинский институт. Это - два центра воздухоплавательных исследований в Санкт-Петербурге: один - в Институте путей сообщения, второй - в Политехническом институте. Третий крупный центр под руководством Н.Е. Жуковского открылся в Москве при Императорском Московском Техническом Училище.
В 1908 г. в Институте путей сообщения преподаватели Н.А. Рынин, А.А. Брандт, П.К. Янковский и будущие инженеры организовали воздухоплавательный кружок, на основе которого в 1909 г. создали музей с небольшой аэродинамической лабораторией, оборудованной малой аэродинамической трубой из бумажной массы = 30см и электродвигателем в 0.25 л.с. Проводили продувку моделей ангаров, поездов, мостов, снегозащит, моделей самолетов и дирижаблей. Также было выстроено специальное здание для большой аэродинамической трубы длиной 12 м и D = 2.2 м с мотором в 100 л.с, но, к сожалению, завершению строительства помешала Первая мировая война.
Первые же идеи создания крупного комплексного отечественного аэродинамического научно-исследовательского института возникли в Петербургском обществе воздухоплавания в 1908 г. Затем в начале 1910 г. декан кораблестроительного отделения Петербургского политехнического института профессор К.П. Боклевский получил государственные субсидии в 45 тысяч рублей для создания лаборатории, которую расположили в четырехэтажном бывшем студенческом общежитии. Большая аэродинамическая труба была построена инженером В.А. Слесаревым в два этажа. Ее параметры составляли D = 2.5 м, скорость потока до 20 м/с. Кроме того, была построена малая труба D = 30CM для получения скоростей до 50 м/с, с верхним каналом квадратного сечения для отвода воздуха и испытания моделей в свободной струе. В здании имелась шахта глубиной 40 м для экспериментов методом падения тел.
В лаборатории под руководством профессоров А.П. Фан-дер-Флита, А.А. Лебедева, В.А. Костяковского, В.Ф. Найденова и В.В. Кузнецова были проведены важные исследования. В конце 1916 г. при Политехническом институте было создано конструкторское бюро авиационной испытательной станции Морского ведомства, которое подчинялось начальнику Курсов авиации и воздухоплавания К.П. Боклевскому, к тому времени уже генерал-майору.
Во время Первой мировой войны руководство Военно-воздушного флота решило создать под Херсоном многопрофильный авиационный комплекс «Авиагородок» под научным руководством профессоров Г.А. Ботезата и А.П. Фан-дер-Флита, но революционные события 1917 г. помешали осуществлению этого крупного авиационного проекта.
Третьим крупным аэродинамическим исследовательским центром в России с 1909 г. становится лаборатория под руководством профессора Н.Е. Жуковского в Императорском Московском техническом училище
(ИМТУ). Вначале на небольшие средства, собранные от выставки, устроенной энтузиастами Воздухоплавательного кружка при ИМТУ, а затем при финансовой поддержке Леденцовского общества (единовременно - 2500 руб.), в лаборатории строятся плоская аэродинамическая труба сечением 150x30 см со скоростью воздушного потока до 16-20 м/с (ныне находится в Научно-мемориальном музее проф. Н.Е. Жуковского), а также круглая труба D = 1 м и скоростью потока до 20 м/с. Позже во дворе училища была начата постройка большой бетонной аэродинамической трубы D = 3 м, но строительство завершено не было. В помещениях лаборатории находились: круглая и плоская трубы (ныне расположена в Музее Н.Е. Жуковского) с общим электромотором в 9.6 л.с, ротативная машина, построенная инженером В.А. Слесаревым, для испытания винтов на ходу с мотором. И в других помещениях располагались: прибор, подобный установке Кармана, для изучения вихрей погруженных в воду тел; большая труба в виде коридорного помещения с квадратным сечением 2.5x2.5 м с электромотором в 45 л.с. в конце коридора для испытания винтов и ветряных мельниц; имелись также помещения для персонала лаборатории.
Проектирование, строительство, авторы и генеральный план комплекса ЦАГИ в Москве
В трудное и сложное время после революционных событий 1917 г. в России руководство страны приняло решение о безотлагательном и необходимом выделении больших финансовых средств для организации и строительства комплекса ЦАГИ в Москве. В августе 1922 г. на Пленуме ЦК РКП(б) и заседании бюро ЦК партии при участии В.И. Ленина (Ульянова) было решено выделить значительные средства для развития авиации в стране. Для того времени сумма в 35 миллионов рублей золотом - огромная, что превышало в 3.5 раза сумму для финансирования Военно-Морского флота страны [49, С. 136].
Таким образом, проектирование и строительство комплекса ЦАГИ в Москве осуществлялись при основной и большой финансовой поддержке правительства России. Средства поступали как по государственному бюджету, так и специально (называемые спец. средствами) направленные на выполнение заданий и потребностей промышленности, Управления ВВС и других учреждений [69, С.9].
Проектные работы по комплексу ЦАГИ в Москве были начаты в августе 1923 г. на площадке в квартале, очерченном улицами Немецкой (ныне Бауманская), Вознесенской (ныне Радио), Большим Демидовским и Кироч-ным (Новокирочный) переулками в Москве. В обращении в вышестоящие инстанции зам.директора ЦАГИ А.А. Архангельский писал: «Означенный участок необходим Институту для возведения зданий аэродинамической лаборатории и силовой станции, предусмотренных постановлениями Госплана и Президиума ВСНХ» [144, С. 15].
Для окончательного решения и проведения крупных строек в то время в стране разрабатывались проекты и генеральные сметы для утверждения в ВСНХ плана строительства.
В документах Промсекции Госплана от 19 декабря 1923 г. указывалось: «Признать постройку и оборудование нового Экспериментального Аэродинамического Института безусловно необходимой и срочной в деле создания и развития воздушного флота, а также и с целью содействия промышленности и народного хозяйства, связанными с использованием сил течения воздуха». Подтверждалось и то, что «постройка и оборудование гидроавиационной лаборатории при ЦАГИ должна быть произведена в порядке чрезвычайной спешности и, во всяком случае, в первую очередь». Таким образом, началась разработка проектов новых лабораторий и их уникального оборудования по самобытным, независимым от западных аналогов, схемам и конструкциям [144, С.102].
После нескольких совещаний, в которых принимали участие С.А. Чаплыгин, А.Н. Туполев и приглашенный архитектор профессор МВТУ А.В. Кузнецов, большой авторитет и основоположник промышленной архитектуры в России, был намечен план проектирования и строительства комплекса ЦАГИ в Москве. Помимо обычных специализированных зданий в план вошли четыре крупных составляющих генеральный план объекта: опытный авиазавод с конструкторским бюро при нем, гидроканал для исследования корпусов гидроавиации и глиссеров с водным бассейном длиной около 200 м, аэродинамическая лаборатория и лаборатория ветровых двигателей с башней для испытаний. К этому были добавлены в начале проектирования в 1924 г. здания Отдела прочности авиационных конструкций (ОПАК) и корпус Отдела испытания авиационных материалов (ОИАМ) и здание винтомоторного отдела. По предполагаемому генеральному плану весь градостроительный комплекс этих сооружений был задуман и построен как единый архитектурный ансамбль по проекту выдающегося архитектора А.В. Кузнецова при участии его учеников (А.С. Фисенко, И.С. Николаева, Б.В. Гладкова и другие).
Авторы совместно с заказчиками выполнили большое количество эскизов и вариантов генерального плана комплекса ЦАГИ. При проектировании АДТ T-I-II Б.Н. Юрьев предложил вариант размещения АДТ в здании лютеранской церкви Св. Михаила Архангела, находящейся на участке, отведенном для ЦАГИ. Но к осуществлению были приняты чертежи проекта здания и сооружения T-I-II, выполненные инженером A.M. Черемухиным с особенной конструкцией раздвижной трубы, позволявшей заносить в большую камеру для экспериментов натурные фюзеляжи самолетов с центропланом (частью крыла), оперением ЛА, а также мотором с винтом.
Группа ученых в составе профессора Б.Н. Юрьева, инженеров К.А. Ушакова, Г.М. Мусинянца, К.К. Баулина, К.А. Бункина, Н.И. Ворогу-шина и A.M. Черемухина провела интенсивные работы по разработке проекта создания двухвариантной АДТ T-I-II, разместившейся в корпусе ЭАО ЦАГИ. Впоследствии один из ученых ЦАГИ - К.А. Ушаков в своих воспоминаниях подчеркивал, что «речь шла о строительстве невиданных дотоле масштабов при отсутствии сколько-нибудь подходящих прототипов и при наличии в то время больших трудностей во всяком строительстве. Взяв на себя руководство строительной комиссией и мобилизовав все имевшиеся силы, Сергей Алексеевич Чаплыгин целиком отдался делу и с неиссякаемой энергией и исключительным вниманием ко всему, вплоть до мелочей, довел строительство до успешного конца» [14з, СП].
Главный инженер и архитектор ЦАГИ А.В. Кузнецов и С.А. Чаплыгин совершали ежедневный утренний обход строительных площадок. И если качество кирпичной кладки было неудовлетворительным, А.В. Кузнецов лично разбивал принесенным с собой молотком уложенный кирпич. И строителям, несколько утерявшим нужную квалификацию за время Первой мировой войны и прошедшие четыре года революции, приходилось перекладывать кирпичную кладку с надлежащим высоким качеством. Высокие требования проектантов и руководителей ЦАГИ увенчались успехом. Все корпуса лабораторий были построены с великолепными фасадами кирпичной кладки, которые и ныне привлекают внимание с технической и эстетической точки зрения.
По генеральному плану архитектора А.В.Кузнецова здания и строения московского ЦАГИ составляли единый гармоничный ансамбль, архитектуру которого диктовали высокие технологии передовых отечественных научных экспериментов. Немало восхищений было высказано почетными гостями и посетителями ЦАГИ. В то время крупные ученые с мировым именем Л. Прандтль, Т. Карман, У. Нобиле, А. Фоккер, Т. Леви-Чевита, а также летчик Ч. Линдберг, государственный деятель Франции Э. Эрио, писатели Р. Роллан, Л. Фейхтвангер, в 1928 г. король Афганистана Амманула Хан побывали в зданиях ЦАГИ [143г, С.8]. По воспоминаниям Г.Н. Абрамовича, в 1932 г. бывал там и И.В. Сталин, которому принадлежит высказывание: «У нас не было авиационной промышленности, у нас она есть теперь», процитированное на торжественном заседании в Большом театре в Москве в 1933 г. по случаю 15-летия ЦАГИ [1, С.50].
Таким образом, с начала 30-х годов прошлого столетия градостроительный архитектурный комплекс ЦАГИ в Москве функционировал как сооружение высокосовершенной экспериментальной базы института нового направления, в котором сочетались теория, передовой эксперимент и направленная практическая деятельность для развития промышленности страны. Следует отметить, что идеология развития такого крупного научного центра была заложена еще проф. Н.Е. Жуковским. После его кончины (17 марта 1921 г.), 5 апреля 1921 г. на общем собрании ЦАГИ были избраны: председателем Коллегии ЦАГИ - С.А. Чаплыгин, директором ЦАГИ - В.А. Архангельский (брат известного впоследствии авиаконструктора А.А. Архангельского), заместителями (в то время назывались «товарищами директора») - А.Н. Туполев и Б.Н. Юрьев.
Принцип действия АДТ T-I-II и технология проведения в ней аэродинамического эксперимента
Принцип действия АДТ T-I-II как экспериментальной установки для исследования явлений и процессов, возникающих при обтекании тел потоком газа, основан на принципе относительности Галилея: вместо движения тела в неподвижной среде изучается обтекание неподвижного тела, окруженного прямолинейно движущимся искусственным потоком воздуха, проходящего по замкнутому циклу действия.
Искусственный поток воздуха осуществляется в аэродинамической трубе. В простейшем виде она представляет собой полый цилиндр, внутри которого прогоняется воздух с помощью вентилятора, расположенного у одного из концов. Возле другого конца внутри трубы помещается испытуемое тело, размерами в несколько раз меньшими внутреннего диаметра трубы, в искусственном потоке движущегося воздуха, скорость которого более или менее одинакова.
Различные условия протекания аэродинамических явлений в естественной обстановке и возможность их искусственного воспроизведения в процессе моделирования, и дальнейшее сравнение результатов, ставили перед учеными ЦАГИ новые задачи - устройство новых аэродинамических труб специального назначения.
Поэтому при сооружении АДТ Т-І-П в корпусе ЭАО ЦАГИ были фактически совмещены по конструкции, материалу и обеспечению электроэнергетическими установками две аэродинамические трубы с разными величинами поперечного сечения и диаметрами рабочей части в 3 и 6 м.
Принцип трансформации одной аэродинамической трубы в другую в пределах единой экспериментальной установки позволил создавать для аэродинамического эксперимента различные условия исследовательских работ.
Сооружение АДТ T-I-II было выполнено большой размерности для уменьшения возможного влияния искусственной обстановки на опыты, т.к. в аэродинамических трубах поток воздуха экспериментаторы-аэродинамики считают с некоторыми допущениями одинаковым с воздушным потоком в природе (см. рис. 25, схемы А, Б приложения).
В приложениях на схемах с продольными разрезами АДТ T-I-II можно проследить схемы движения воздушного потока по стрелкам как при работе на 3-метровом сечении (схема А) так и при работе на 6-метровом сечении (схема Б). С противоположного конца АДТ при помощи вентилятора всасывался воздух в коллектор, далее поток проходил через спрямляющую решетку, затем через цилиндрическую рабочую часть, где получалась наиболее равномерная часть потока с постоянной скоростью. Далее поток воздуха проходил по пологому диффузору (пологий в соответствии с требованиями экономичности, равномерности потока в рабочей части), далее воздух поступал во вторую рабочую часть, играющую роль успокоителя и выпрямителя перед вентилятором, в обратный диффузор с радиальными перегородками, уничтожающими вращение потока, вызванного работой вентилятора. И затем воздух вновь поступал в коллектор. При максимальной скорости потока воздуха до 104 м/с через трубу за один час проходило около двух с половиной миллионов кубометров воздуха.
Для проведения аэродинамического эксперимента осуществлялось крепление модели ЛА на аэродинамические весы внутри АДТ. При этом выполнялись два основных требования.
В соответствии с первым требованием необходимо было, чтобы приспособление для подвешивания модели не производило возмущения потока воздуха около модели. Имелось два принципиально различных способа подвешивания, удовлетворяющих этому требованию. Первый, когда модель подвешивалась на нескольких очень тонких стальных проволоках рояльного типа. Второй, когда модель прикреплялась с помощью жесткого держателя-стойки в том месте, где воздух завихрен и без держателя-стойки. Благодаря этому неизбежное возмущение, вносимое держателем, не изменяло значительно состояние потока воздуха, которое было бы без держателя.
Второе требование состояло в том, чтобы приспособление для подвешивания модели самолета допускало простую передачу сил, действующих на модель со стороны воздуха с замером шести компонентов, соответствующих шести степеням свободы (трем аэродинамическим силам и трем аэродинамическим моментам). При обработке данных экспериментов могут быть получены результирующая сила и результирующий момент, которые действуют на модель.
Рассматривались шесть следующих компонентов:
1) Сила в направлении течения, равная лобовому сопротивлению.
2) Сила в направлении, перпендикулярном к направлению течения, и в плоскости симметрии модели - подъемная сила.
3) Сила в направлении, перпендикулярном к лобовому сопротивлению и к подъемной силе, равная боковой силе.
4) Вращающий момент вокруг поперечной оси, совпадающей с направлением Z, называемый продольным моментом (М2).
5) Вращающий момент вокруг вертикальной оси аэроплана, называемый моментом пути (My).
6) Вращающий момент вокруг продольной оси аэроплана - момент крена (Мх).
Но в большинстве случаев приходилось иметь дело с симметричными моделями, помещаемыми по оси симметрии потока воздуха, т.е. при положении модели, соответствующем прямолинейному полету самолета. В этом случае результирующая аэродинамическая сила при сопротивлении воздуха располагалась в плоскости симметрии, и ее величина, направление и положение определялись однозначно тремя компонентами. Боковая сила, а также моменты пути и крена исчезали, и оставались только лобовое сопротивление, подъемная сила и продольный момент - относительно поперечной оси.
