Баренблатт Г.И., Рыжов О.С. О трудах академика С.А.Христиановича и о нем самом (1981)
 Навигация
 
 
Научные школы ННЦ  
Христианович С.А.




     *библиография + база данных
     *жизнь и деятельность
     *избранные труды



 
О ТРУДАХ АКАДЕМИКА СЕРГЕЯ АЛЕКСЕЕВИЧА ХРИСТИАНОВИЧА И О НЕМ САМОМ*
 

Предлагаемую вниманию читателя книгу составляют работы выдающегося советского механика, академика С.А.Христиановича, выполненные в разное время - от пяти до сорока с лишним лет назад. Некоторые из публикуемых статей были написаны Сергеем Алексеевичем вместе с его учениками и коллегами. Давняя традиция Академии наук СССР, публикация собраний трудов замечательных ученых, ее членов, продиктована естественной заботой о преемственности поколений в науке. Но это издание - не только и, главное, не столько дань истории.

С.А.Христианович - механик с очень широким диапазоном научных интересов, это знают не только его коллеги у нас и за рубежом, но и те, кто знакомится с проблемами научно-технического прогресса по непрофессиональной литературе. Работы С.А.Христиановича выполнялись в основном в связи с практической деятельностью, непосредственно связанной с развитием новой техники, поэтому часто они публиковались "ограниченным тиражом" и лишь через много лет сделались доступными в том виде, в каком они были первоначально созданы. Несмотря на это, результаты большинства работ С.А.Христиановича давно вошли в многочисленные учебники и специальные монографии. Они стали само собой разумеющейся частью сегодняшнего научного багажа механиков - как ученых, так и инженеров. Иногда создается впечатление, и не только у молодежи, что эти знания существуют давным-давно, а имя автора настолько срослось с полученными результатами, что его можно даже не упоминать, как обычно не упоминают имена корифеев науки.

Хотя без уважения к славным предшественникам настоящий ученый немыслим, в действительности главная причина, делающая эту публикацию важной и нужной сегодняшнему читателю-механику, в особенности молодому, лежит в следующем. Проблемы, которыми занимался Сергей Алексеевич всю свою жизнь в науке, всегда были актуальны и разнообразны (все или почти все из этих проблем актуальны и сегодня!) Те, кто занимается сейчас гидро- и аэродинамикой, прочностью и пластичностью, фильтрацией, энергетическими установками и знает современное положение дел в этих дисциплинах, каждый раз убеждаются в тесной связи теории с непосредственными практическими приложениями. Но (и это существенно!) знают, как правило, в процеженном, отфильтрованном, устоявшемся виде, в котором полученные в свое время результаты содержатся в сегодняшних учебниках, обзорах и монографиях. С другой стороны, специалисты сейчас не без ужаса наблюдают за вторжением в библиотеки массы статей по своим дисциплинам. Как научиться отбирать среди этой массы то, что действительно важно, видеть будущее развитие направления в науке, когда оно только зарождается? Для этого необычайно полезно самому проследить на показательном примере, как ученые шли к результатам, ставшим сегодня фундаментальными, самому пережить становление классической теории, хотя оно уже свершилось. Каждый, кто действительно сделал нечто в науке сам, хорошо знает, что путь к простым гармоничным результатам, которые в общем только и сохраняются в науке, как правило, прямым не бывает. Очень важно самому увидеть и понять процесс возникновения и становления сильных научных идей. Для этого процесс надо показать, не снимая лесов и не убирая ветвей, по которым дальнейшее развитие науки не пошло. Обзоры и монографии здесь не годятся: - по учебникам и сводным монографиям можно узнать состояние предмета, но учиться мыслить самому предпочтительнее, обращаясь к оригинальным работам. Важно не только приобрести некоторый объем знаний, но и понять, как люди шли к ним, и почему иногда они заблуждались.

Так вот, труды Сергея Алексеевича показательны во многих отношениях. Дело в том, что всю свою жизнь он участвовал в практических делах, определяющих развитие важнейших отраслей техники. При этом Сергей Алексеевич не просто выступал в роли научного консультанта, а был внутри дела, часто неся основную ответственность за его судьбу. Поэтому получаемый результат представлял для него не только познание физической закономерности, но прежде всего вел к важным практическим оценкам, позволявшим дать ответственные рекомендации конструкторам и инженерам. Это определяло стиль работ С.А.Христиановича. Он всегда доводил дело до числа, но зачастую не имел времени, да и не заботился о том, чтобы снять "леса" в публикуемой им работе: найти простейшее или наиболее прямое доказательство, выяснить минимальные предположения, необходимые для получения излагаемого результата, и т.д. Более того, как это ни парадоксально, он часто не обращал должного внимания на четкую формулировку открытой им закономерности. С.А.Христианович получал результат, публиковал его - если публиковал - так как получал, и шел дальше. Отточенную формулировку его идеи получали часто позже, далеко не всегда в собственных статьях. Именно поэтому на его оригинальных работах можно хорошо проследить становление фундаментальных понятий и идей.

1. Сергей Алексеевич родился 9 ноября (27 октября ст. стиля) 1908 года в Петербурге в дворянской семье помещиков бывшей Орловской губернии. Во время революции, еще будучи ребенком, он потерял родителей и долго бедствовал, а затем с 1922 года жил в семье своей тети в Ленинграде. Закончив в 1925 году среднюю школу, С.А. поступил учиться в Ленинградский Университет на ... антропологическое отделение географического факультета, но затем перешел, точнее, поменялся по объявлению (по обычаям того времени) на физико-математический факультет этого университета, который и закончил в 1930 году по математическому отделению. Глубокому образованию С.А.Христиановича содействовали как прекрасные профессора и преподаватели, работавшие в Ленинградском Университете (уже тогда маститые В.И.Смирнов и Н.М.Гюнтер, совсем еще молодой Н.Е.Кочин, своеобразную лекторскую манеру которого С.А. часто вспоминает, и другие), так и группа ярких молодых талантов, учившихся в то время на ленинградском физмате (С.Л.Соболев, В.А.Амбарцумян, С.Г.Мехлин, Л.В.Канторович и другие. В общении с этими замечательными учеными разных поколений и молодежью формировалась научная культура С.А.Христиановича.

Окончив университет, С.А. получил работу в Государственном гидрологическом институте в Ленинграде (ГГИ). В гидравлико-математическом отделе этого Института работали такие видные ученые и инженеры, как В.М.Маккавеев, А.А.Саткевич, К.И.Страхович, В.И.Стахевич и другие. В ГГИ в то время была объединена важным и интересным делом целая плеяда гидрологов, геологов, биологов и химиков. Работы института были призваны обеспечить запросы начавшегося в эти годы крупнейшего гидротехнического строительства и решение вопросов, связанных с оценкой ресурсов водоснабжения новых промышленных центров. В качестве главной задачи выдвигалось составление водного кадастра страны. В ГГИ Сергею Алексеевичу отвели место в комнате наверху в здании на Васильевском острове, рассказали о важной проблеме расчета паводков на реках и дали возможность без помех размышлять над этой проблемой. Участие в практической работе института свело С.А. с выдающимися людьми различных специальностей, чьими советами он мог пользоваться в затруднительных случаях. Так родилась первая крупная работа С.А.Христиановича - он создал метод расчета неустановившегося движения в каналах и реках. Эта работа в полном виде составила часть книги "Некоторые новые вопросы механики сплошной среды", написанной С.А. вместе с молодыми тогда товарищами - С.Г.Михлиным, которому принадлежит раздел о пластичности, и Б.Б.Девисоном, выполнившим в тот период первоклассные работы по теории фильтрации и вскоре уехавшим на свою родину, в Англию, где он стал впоследствии членом Лондонского Королевского Общества. Книга вышла в свет в 1938 году под редакцией Н.Е.Кочина, лекции которого С.А. слушал в Ленинградском университете. Помимо непосредственного значения результатов, полученных здесь С.А.Христиановичем, его работа оказалась очень важной методически. Данное в ней развитие метода характеристик широко использовалось затем самим С.А., а также его учениками и последователями в аэродинамике сверхзвуковых скоростей и теории пластичности. В обобщенном виде метод характеристик позволил исследовать важные топологические свойства течений.

2. В 1934 году Академия наук СССР перебазировалась в Москву. С.А.Христианович в 1935 г. тоже переезжает в Москву и становится докторантом Математического института им. В.А.Стеклова Академии наук СССР. С.А. проходил докторантуру под руководством своего товарища студенческих лет, Сергея Львовича Соболева, ставшего к тому времени признанным ученым, членом-корреспондентом АН СССР (теперь уже давно академик). В то время в математическом институте работали выдающиеся механики и среди них Н.Е.Кочин, также переехавший из Ленинграда в Москву. Интерес С.А. к механике не только не ослабел в это время, но и тематически расширился, охватив интенсивно развивавшуюся в тридцатые годы математическую теорию пластичности. В 1936 году им была рассмотрена задача о распределении напряжений в пластической зоне вокруг отверстия, ограниченного произвольным замкнутым контуром. Эта статья сразу же обратила на себя внимание знатоков, в частности замечательного французского математика Ж.Адамара, и получила впоследствии широкую известность. В 1938 году С.А. заканчивает докторантуру, защитив сразу две докторские диссертации – по физико-математическим и техническим наукам. Вскоре после этого в январе 1939 года его избирают членом-корреспондентом Академии наук СССР по Отделению технических наук, и он переходит во вновь созданный Институт механики АН СССР вместе со всеми специалистами-механиками Математического института.

В Институте механики С.А. работает два года (1939 и 1940), одно время - заместителем директора. Перед ним, молодым, но уже широко признанным ученым открылась перспектива широкой спокойной деятельности академического плана: теоретические исследования, преподавание, консультации в промышленных институтах. С.А. выполнил в это время две замечательные работы по теории фильтрации, медленного просачивания жидкости сквозь пористую среду, которым было суждено сыграть выдающуюся роль. Одна из них содержала метод решения уравнений фильтрации жидкостей, не следующих основному для классической теории закону Дарси. Эта работа сильно опередила свое время: первоначально она нашла свое продолжение только в одной работе давнего друга Сергея Алексеевича, ныне покойного члена-корреспондента АН СССР В.В.Соколовского, которого С.А. привлек к решению новых задач. Однако спустя четверть века эта работа заиграла новыми красками: многие нефти оказались не чисто вязкими, а вязко-пластическими, так что для их движения в пласте требуется преодолеть некоторый начальный градиент давления. Для создания методов расчета движения таких нефтей исследование С.А.Христиановича оказалось определяющим; оно нашло широкое применение в последующих работах В.М.Ентова и его учеников в Москве, а также Казанской школы механиков. Другая работа была посвящена нахождению общего решения задачи о стационарном движении в пласте газированной нефти. Судьба этой работы оказалась более счастливой сразу же: ученые-нефтяники К.А.Царевич и Б.Б.Лапук очень быстро довели ее до прямого каждодневного практического применения. Инженер-промысловик, строивший график "функции Христиановича", часто не подозревал, что имя функции дал отнюдь не маститый современник отцов фильтрации Дарси и Дюпюи, а еще молодой ученый. В этот период завязались прочные связи С.А. с нефтяниками-инженерами, в частности с А.П.Крыловым, ныне академиком; эти связи получили дальнейшее развитие в последующие годы.

3. И все же жизнь Сергея Алексеевича близилась к решающему повороту. Важную роль сыграло время. Шла мировая война, и хотя Советский Союз пока в войну вовлечен не был, тревожное предчувствие охватывало всех, кто задумывался над судьбой своей Родины. Страна собирала силы; после Великой Октябрьской революции под воздействием новых задач менялось отношение к науке и ученым. Раньше ученые были в серьезных практических делах в лучшем случае консультантами, советниками. Теперь, особенно в преддверии Отечественной войны, те из ученых, кто мог в это внести вклад, становились полноправными участниками большого дела организации решающих отраслей промышленности и обороны страны. Ученые занимали руководящие посты, они начинали нести ответственность не только за уровень исследований и конструкторских разработок, а за дело в целом.

Сергей Алексеевич не колебался в своем выборе, подсказанном ему раздумьями о надвигающихся испытаниях. Уже с 1937 года, еще до окончания докторантуры, он начал работать в Центральном аэрогидродинамическом институте имени проф. Н.Е.Жуковского (ЦАГИ). С 1940 года он сосредоточил свою деятельность в ЦАГИ полностью: на длительный период, включавший войну, эвакуацию и тяжелые первые послевоенные годы, ЦАГИ стал его домом, жизнью и судьбой. В скором времени Сергей Алексеевич возглавил в ЦАГИ лабораторию аэродинамики больших скоростей, а еще некоторое время спустя он стал научным руководителем ЦАГИ по аэродинамике. Но С.А. пришел в ЦАГИ отнюдь не сразу же на начальственную должность; Р.Н.Алексеева вспоминала, как она искала стол и стул для нового сотрудника.

Молодому читателю, для которого эти годы - далекая история, следует ясно представить себе, что С.А.Христианович пришел в замечательное научное учреждение, созданное "отцом русской авиации" Николаем Егоровичем Жуковским и его учеником, соратником и продолжателем начатого им дела Сергеем Алексеевичем Чаплыгиным. Н.Е.Жуковский и С.А.Чаплыгин были великими русскими механиками, основоположниками новой науки - аэродинамики. В преддверии Отечественной войны С.А.Чаплыгин еще вел плодотворные научные исследования, активно работали в ЦАГИ и другие ученики Н.Е.Жуковского. Знаменитая работа С.А.Чаплыгина "О газовых струях", в которой в самом конце прошлого века были заложены основы газовой динамики, сильно опередила свое время, лишь немногим было дано своевременно понять ее значение. Однако его работа стала предметом всеобщего внимания как раз в середине тридцатых годов. В это время ЦАГИ представлял собой научное учреждение со сложившимися традициями и сильным коллективом ученых и инженеров. В ЦАГИ работала сильная группа теоретиков, там были прекрасные экспериментаторы и конструкторы. В 1931 году пришел в ЦАГИ Ф.И.Франкль, эмигрировавший незадолго перед тем из Австрии в СССР. Вышедшие в свет в 1934-1935 гг. статьи Ф.И.Франкля инициировали в нашей стране исследования по сверхзвуковой аэродинамике и теории сжимаемого пограничного слоя. Среди постоянных участников семинара общетеоретической группы ЦАГИ в 1935-1940 гг. были избранные в разное время в действительные члены Академии наук СССР М.В.Келдыш, Н.Е.Кочин, Л.С.Лейбензон, А.И.Некрасов, которых уж нет в живых, и другие замечательные ученые, многие из которых продолжают плодотворные исследования и поныне. Руководил работой семинара сам С.А.Чаплыгин. Новые задачи и новые научные результаты живо обсуждались в коллективе ЦАГИ. Для С.А.Христиановича было громадной жизненной удачей стать членом такого коллектива в период, знаменовавший начало нового его подъема.

Возглавить исследования по аэродинамике — одно из важнейших направлений работы ЦАГИ - было не простым делом. Сергей Алексеевич мог справиться с ним, лишь решая актуальные задачи и непрерывно генерируя новые идеи, захватывавшие, сильный коллектив цаговских аэродинамиков и находившие в нем поддержку и развитие. Работы С.А.Христиановича, выполненные в ЦАГИ в начале 40-х годов, были посвящены проблемам, поставленным перед аэродинамикой в связи с проектированием и строительством скоростной авиации. С самого начала С.А.Христианович концентрировал свое внимание на изучении свойств движения газа при больших дозвуковых и сверхзвуковых скоростях, которое он часто проводил, обращаясь к плоскости годографа. В этих работах нашли фундаментальное развитие идеи С.А.Чаплыгина. Выпущенные в свет в 1938 году "Основы газовой динамики" (Ф.И.Франкль, С.А.Христианович, Р.Н.Алексеева) сыграли выдающуюся роль в распространении новых идей в Советском Союзе. Часть из собранных в настоящем томе оригинальных статей С.А. дает представление об интересах, вторгшихся в аэродинамику больших скоростей в те годы. Следует, конечно, иметь в виду, что под этим термином сейчас понимаются уже совсем иные режимы полета.

Выполненная в 1940 году работа "Обтекание тел газом при больших дозвуковых скоростях" создала эффективный математический аппарат теории крыла бесконечного размаха в сжимаемом потоке. Развитая С.А. теория позволила изучить обтекание авиационных профилей при больших дозвуковых скоростях полета, вычислить распределение давления по профилю и с помощью этого распределения найти создаваемую крылом подъемную силу; она дает также значение числа Маха на бесконечности, при котором в некоторой точке профиля впервые достигается скорость звука. В том же 1940 году П.П.Красильщиковым в ЦАГИ были разработаны профили в соответствии с основными идеями С.А.

В выполненной в 1941 году работе С.А. "О сверхзвуковых движениях газа", которая открывает настоящий том, была дана классификация сверхзвуковых течений и было проведено их исследование с точки зрения возможности существования потенциального движения. В чисто математическом отношении своими корнями работа уходила в первое крупное исследование С.А. о паводках на реках. Не менее важным было то, что в этой статье была впервые поставлена задача о переходе стационарного течения через скорость звука. Сейчас постановка такой задачи кажется само собой разумеющейся. Однако уместно вспомнить, что даже через несколько лет после выхода этой работы С.А. выдающийся американский механик Т. фон Карман в 10-й лекции, посвященной памяти братьев Райт, счел оставшейся под вопросом саму возможность существования установившегося течения у тела, равномерно движущегося со скоростью, равной скорости звука! В конце работы С.А. был найден общеизвестный теперь локальный критерий непрерывного перехода. Как и предыдущая, эта работа С.А. была опубликована в малораспространенном издании. Однако содержание обеих работ было в значительной степени изложено И.А.Кибелем в первом послевоенном издании известного руководства Н.Е.Кочина, И.А.Кибеля и Н.В.Розе "Теоретическая гидромеханика", которое вышло в свет в 1948 году. Из работы "О сверхзвуковых течениях газа" выросло замечательное исследование причин разрушения потенциальных течений и образования скачков уплотнения в местных сверхзвуковых зонах, которое было выполнено сразу же после войны сотрудниками Сергея Алексеевича А.А.Никольским и Г.И.Тагановым. Это исследование объяснило многие из имевшихся к тому времени опытных данных, связанных главным образом с резким увеличением сопротивления тел в трансзвуковом диапазоне скоростей. В то же время итерационный процесс, предложенный С.А.Христиановичем в последней части его работы, не получил применения, а дальнейшее развитие теоретической аэродинамики трансзвуковых скоростей пошло по другому пути, связанному с использованием нелинейных уравнений в качестве первого приближения при разложении искомого решения в асимптотические последовательности. В выводе упомянутых нелинейных уравнений и последующем изучении их свойств выдающаяся роль принадлежит Ф.И.Франклю и С.В.Фальковичу, также работавшим в те годы в ЦАГИ.

К этому же кругу проблем относится работа С.А. с его коллегами А.Астровым, Л.Левиным и Е.Павловым о расчете трансзвукового течения в сопле Лаваля, написанная в самый разгар Отечественной войны и существенно опиравшаяся на технику работы С.А. о дозвуковом обтекании крыла. Здесь был, в частности, впервые получен замечательный результат об окончании критической струи прямой линией перехода, которая одновременно является характеристикой уравнений газовой динамики. Этот факт был впоследствии строго доказан Л.В.Овсянниковым. Результаты названной работы также вошли в курс Н.Е.Кочина, И.А.Кибеля, и Н.В.Розе и поныне сохранили свое практическое значение в выработке рецептов при конструировании подводящих участков реальных сопел. Что же касается расширяющейся части сопла, то решение этого вопроса пошло по другому пути. В 1950 году Л.В.Овсянников указал, что в сверхзвуковых потоках, начинающихся по прямой линии перехода, существуют особые точки, отвечающие центрированным волнам Прандтля-Майера; этот факт позволяет вводить в изломы и контуры стенок канала с целью сделать короче его разгонный участок. Идея практического создания быстрорасширяющихся коротких сопел с искривленной линией перехода через критическую скорость была выдвинута сотрудниками С.А.Христиановича - А.А.Никольским и Г.М.Рябинковым.

Выполненная С.А. совместно с Л.А.Симоновым работа 1944 г. "Влияние сжимаемости на индуктивные скорости крыла и винта" содержала весьма простое решение задачи о винте с конечным числом лопастей в сжимаемом, потоке, основанное на принципе симметрии. Это решение вызвало дискуссию в научной литературе, в частности, оно оспаривалось Ф.И.Франклем, который считал это решение приближенным. Строго говоря, вопрос упирается в теорему существования решения для сходящей с края лопасти полубесконечной винтовой вихревой нити. Эту теорему необходимо доказать для линеаризованного уравнения с переменными коэффициентами, записанного в специальной системе координат. В предположении, что указанная теорема имеет место, сформулированный С.А.Христиановичем и Л.А.Симоновым результат для нормальных индуктивных скоростей на оси лопасти является точным.

В 1948 году очень ограниченным тиражом вышла замечательная работа С.A.Христиановича с его коллегами-экспериментаторами В.Г.Гальпериным, И.П.Горским и А.Н.Ковалевым "Физические основы околозвуковой аэродинамики", которая подвела итоги проводившихся в ЦАГИ теоретических и экспериментальных исследований обтекания профилей в условиях, когда в потоке около крыла образуется область сверхзвукового течения газа. В этих исследованиях впервые в мировой науке был обнаружен "закон стабилизации ", ставший практическим инструментом оценки аэродинамических свойств профилей при трансзвуковых скоростях полета. Закон стабилизации состоит в том, что с хорошей точностью при достаточно больших дозвуковых скоростях местные числа Маха на профиле до скачка уплотнения не зависят от числа Маха полета, распределение чисел Маха по обтекаемому телу не изменяется с увеличением скорости газа на бесконечности. Впоследствии этот закон неоднократно переоткрывался и подтверждался зарубежными исследователями (в зарубежной литературе он получил название "принципа замораживания"). Лишь в 1974 году в совместных работах ученика С.А.Христиановича О.С.Рыжова с В.Н.Диесперовым и Ю.Г.Лившицем закон стабилизации получил четкое теоретическое обоснование на базе асимптотического анализа возникающих течений. Многочисленные новые данные, подтверждающие закон стабилизации, накоплены в последние годы как в нашей стране, так и за рубежом в результате расчета трансзвуковых течений на ЭВМ. Большой интерес представляют и последние страницы "Физических основ", посвященные влиянию вязкости на структуру трансзвуковых течений.

Многочисленные исследования срыва из-под замыкающего местную сверхзвуковую зону скачка уплотнения были проведены много позже. Относящиеся сюда результаты обсуждались в 1964 году известным английским аэродинамиком Д.У.Холдером во второй из лекций, которые читаются в память О.Рейнольдса и Л.Прандтля.

В работе того же периода "О расчете эжектора" С.А. дал основы теории и расчета газовых эжекторов, работающих при больших разностях давления между эжектирующим и эжектируемым газами. Такого рода устройства являются важными элементами сверхзвуковых аэродинамических труб, они имеют также многочисленные другие применения. Коллеги С.А.Христиановича М.Д.Миллионщиков и Г.М.Рябинков провели опыты, в которых теория С.А. получила надежное экспериментальное подтверждение. Эти результаты изложены в последующей статье С.А.Христиановича, М.Д.Миллионщикова, Г.М.Рябинкова и Ф.А.Требина. Кроме того, в указанной работе было предложено использовать эжекторы в газосборных сетях газовых месторождений. Это предложение позволило включать в магистраль скважины с любым давлением, оно получило техническую реализацию и распространение.

В 1947 году С.А.Христианович предложил приближенный метод решения плоских задач стационарного сверхзвукового течения газа. Аппроксимировав с высокой точностью простыми степенными зависимостями коэффициенты уравнений движения газа на широко использовавшиеся С.А.Чаплыгиным плоскости годографа, он привел эти уравнения к известному уравнению Дарбу, общее решение которого имеет форму, напоминающую общее решение волнового уравнения. Таким образом, в замкнутом виде удалось получить решения многих плоских задач сверхзвуковой аэродинамики, которые характеризуются отсутствием скачков уплотнения. Здесь можно вспомнить, что в приближенном методе С.А.Чаплыгина интегрирования уравнений газовой динамики, развитом им применительно к дозвуковым течениям, аппроксимируется адиабатическая зависимость между давлением и плотностью газа, а не указанные выше коэффициенты. Разумеется, различие двух рассматриваемых подходов не относится к числу принципиальных, поскольку каждой приближенной системе уравнений на плоскости годографа можно сопоставить уравнение состояния некоторого фиктивного газа. Авторы последовавших за статьей С.А.Христиановича работ исходили непосредственно из идеи С.А.Чаплыгина и по заданной аппроксимации адиабатической зависимости находили те или иные приближенные уравнения движения.

Все эти многообразные исследования, тесно переплетавшие теорию и опыт, позволяют воспроизвести интересы, которыми жил С.А.Христианович в ЦАГИ. Работы ЦАГИ имели своей целью создание конкретных методов аэродинамического расчета и программ испытаний моделей крыльев, фюзеляжей, органов управления и всего самолета, которые могли быть положены в основу рекомендаций при проектировании и строительстве авиации больших дозвуковых скоростей. Как теоретически, так и экспериментально начали широко изучаться особенности течения газа с околозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями, поскольку эти задачи были тогда выдвинуты практикой авиастроения. На смену поршневым моторам шли несравненно более мощные реактивные двигатели, и скорости самолетов стремительно возрастали. Результаты, полученные всем работавшим с огромным энтузиазмом коллективом ЦАГИ, были вехами в неизведанной области. Они широко дискутировались конструкторами и инженерами. В целом они определяли высокий уровень проводимых в нашей стране исследований по аэродинамике и ее приложениям. С.А.Христиановичу удалось собрать в лаборатории больших скоростей прекрасный коллектив выдающихся ученых и инженеров широкого профиля. Здесь в разное время работали будущие академики А.А.Дородницын, М.Д.Миллионщиков, Г.Л.Свищев и В.В.Струминский; прекрасные теоретики Л.Г.Лойцянский, А.А.Никольский, Г.И.Таганов и совсем молодой тогда, ныне член-корреспондент АН СССР В.В.Сычев; много сделавшие в развитии прикладной аэродинамики П.П.Красильщиков, Я.М.Серебрийский, Л.А.Симонов, Р.И.Штейнберг и В.М.Шурыгин; экспериментаторы В.Г.Гальперин, С.М.Горлин, И.П.Горский, А.Н. Ковалев и Г.М.Рябинков; инженеры-конструкторы С.А.Аристархов и М.И.Глазер и многие другие. Дружная работа всего коллектива дала прекрасные плоды. Упомянем здесь еще об одном важном исследовании с участием С.А., находившемся несколько в стороне от основной линии деятельности Института.

В 1942-1943 гг. в лаборатории больших скоростей были выполнены работы по баллистике пороховых ракетных снарядов, которые стояли на вооружении легендарных "катюш", что привело к резкому уменьшению их разброса при стрельбе. Большой вклад в эту работу внесли математик и механик Ф.Р.Гантмахер, физик Л.М.Левин и конструктор И.И.Слезингер.

Естественно, проведение широких исследований по аэродинамики больших скоростей, которые были нацелены на скорейшее внедрение промышленность, требовало создания совершенно новой экспериментальной базы Института. Ведь проектирование авиации для нового, еще неизведанного диапазона скоростей было бы совершенно невозможно без испытаний моделей крыльев, фюзеляжей, оперений и т.д., без обработки на основе этих испытаний аэродинамически совершенных форм самолета, без получения данных для расчета его устойчивости и управляемости. Ввиду большой сложности изучаемых процессов (особенно в трансзвуковом диапазоне скоростей) многие из присущих им закономерностей вообще могли быть установлены только экспериментальным путем. Поэтому не менее важным итогом деятельности С.А.Христиановича в ЦАГИ, чем тот факт, который нашел выражение в публикуемых в настоящем собрании оригинальных статьях, явилось его активное участие в техническом перевооружении Института, во введении строй передовой экспериментальной базы. В годы войны и в первые послевоенные годы коллектив научных работников и инженеров ЦАП выполнил важнейшие работы по коренной модернизации, конструированию и строительству аэродинамических труб и оснащению их современной для того периода измерительной аппаратурой.

В 1943 году в лаборатории больших скоростей ЦАГИ была введена в эксплуатацию основная аэродинамическая труба больших дозвуковых скоростей Т-106, в которой могли осуществляться течения с большой плотностью газа, что позволило достичь почти натуральных значений чисел Рейнольдса. Первые же проведенные в ней продувки показали, что для получения достоверных данных по действующим на самолет сопротивлению, подъемной силе и моментам необходимо учитывать явление так называемой скоростной индукции. Это явление подверглось тщательному изучению, как теоретическому, так и экспериментальному. В итоге была предложена специальная методика обработки результатов измерений; кроме того, были даны рекомендации по конструктивным изменениям креплений моделей на весах. В 1944-1945 гг. в лаборатории больших скоростей проводились эксперименты, которые установили принципиальную возможность создания трансзвуковых аэродинамических труб с перфорированными стенками в рабочей части. Эти исследования воплотились в конструкции трубы Т-112, у пригодной для испытаний крыльев и фюзеляжей. В трубе Т-112, спроектированной и построенной в течение всего лишь одного года, в 1946 г. впервые осуществлены исследования с непрерывным переходом через, скорость звука. В мае 1947 года труба уже была пущена в промышленную эксплуатацию. В трубе Т-112 поставлена большая часть экспериментов, приведших к открытию закона стабилизации и изложенных затем в "Физических основах околозвуковой аэродинамики". Затем в короткий срок удалось осуществить модернизацию и основной скоростной аэродинамической трубы ЦАГИ Т-106. Перфорация рабочей части с одновременным форсированием приводного устройства позволила осуществить и на этой трубе непрерывный переход через скорость звука. Предполагавшееся дренирование ее стенок поначалу вызывало сомнения. Это было необычным и тогда казалось рискованным. Замечательный конструктор советских тяжелых самолетов А.Н.Туполев на одном из состоявшихся в ЦАГИ заседаний поставил законный вопрос, не лишит ли это мероприятие конструкторские бюро уже ставшей привычной установки, где происходили продувки моделей новых самолетов.

В настоящее время трубы с перфорацией стенок стали неотъемлемой частью аэродинамических лабораторий всего мира. Фундаментальный вклад в теоретическое и экспериментальное изучение особых свойств течений газа в перфорированных границах внесли в те годы нынешний начальник ЦАГИ академик Г.П.Свищев вместе с Г.Л.Гродзовским, А.А.Никольским и Г.И.Тагановым. Во вновь построенных трубах были разработаны новые методы измерений параметров изучаемых течений и осуществлена широкая программа исследований по аэродинамике больших скоростей. И сейчас темпы проведенных в то время в жизнь коллективом ЦАГИ смелых проектов поражают воображение.

В 1943 году в неполные 35 лет, Сергей Алексеевич был избран академиком. Это почетное избрание было, бесспорно, прежде всего признанием его выдающейся деятельности в ЦАГИ. Этот Институт стал его любимым жизненным делом, годы работы в ЦАГИ были для С.А. годами высшего творческого подъема. С любовью С.А. к ЦАГИ не может соперничать его чувство ни к одному из созданных им впоследствии научных коллективов. Там Сергей Алексеевич получил по совпадению с его инициалами начальных букв ходового термина quot;средняя аэродинамическая хорда" прозвище САХ, которое явилось данью профессионального уважения коллег.

В 1953 году С.А. перешел на работу в Академию наук СССР, будучи избранным на должность академика-секретаря Отделения технических наук, на которой оставался до 1956 года. Здесь он получил возможность познакомиться с очень широким кругом проблем новой техники, требующей применения механики.

4. После ухода С.А. из ЦАГИ он на несколько лет сосредоточил свою деятельность в Институте химической физики и Институте нефти АН СССР. Выполненные в Институте химической физики работы С.А.Христиановича и собравшегося вокруг него коллектива молодых тогда учеников, выпускников Московского физико-технического института, были связаны с газодинамическими проблемами атомного взрыва. Ими была построена полная асимптотическая теория так называемых коротких волн, т.е. слабых волн с большими градиентами давления и компонентов вектора скорости в области возмущенного движения, из-за чего теория таких волн существенно нелинейна. Здесь у С.А. был славный предшественник - замечательный физик, лауреат Нобелевской премии академик Л.Д.Ландау, установивший асимптотические законы затухания ударных волн на больших расстояниях от места взрыва. Развитая в трудах С.А. и его коллег А.А.Гриба, Б.И.Заславского, О.С.Рыжова и А.Г.Рябинина теория коротких волн охватывает неустановившиеся пространственные течения и позволяет изучить картину нелинейного взаимодействия ударной волны с различными препятствиями. Ими были даны приближенные решения задач о распространении ударных волн и их нелинейном отражении от свободной поверхности и жесткой стенки. По инициативе Сергея Алексеевича началось исследование распространения слабых ударных волн в земной атмосфере с распределенными по высоте давлением и плотностью и дующими в ней ветрами. Результаты использовались при составлении практических рекомендаций по расчету параметров взрыва. Полное решение задачи о нелинейном затухании звуковых волн в неоднородных средах дано впоследствии О.С.Рыжовым. В этот период было предпринято также изучение подъема облака при атомном взрыве. Общая картина этого явления, включающая начальную стадию всплывания огненного шара и образования из него тороидального вихря, была указана С.А.Христиановичем. Подробный анализ возникающего весьма сложного течения был дан его учеником А.Т.Онуфриевым, существенную роль в этом анализе играют захват и турбулентное перемещение в вихре окружающего воздуха.

В выполненных в Институте нефти в 1954-1957 гг. исследованиях С.А.Христиановичем и его молодыми учениками была предложена и детально разработана теория важной технологической операции, применяемой в нефтедобывающей промышленности, - гидравлического разрыва нефтеносного пласта. Совместно с Ю.П.Желтовым Сергей Алексеевич впервые объяснил казавшийся удивительным факт: при образовании в пласте горизонтальных трещин давление жидкости в момент разрыва почти всегда меньше давления горных пород. Оказалось, что здесь дело в пластической разгрузке, создании своего рода разгружающего эффекта в процессе бурения скважины.

Идеи, развитые С.А.Христиановичем при разработке теории гидравлического разрыва нефтеносного пласта, послужили основой для теории механизма плавного опускания кровли при разработке угольных пластов (статья, выполненная совместно с Г.И.Баренблаттом). В работах по гидравлическому разрыву нефтеносного пласта и плавному опусканию кровли угольных пластов был предложен новый подход к теории трещин, основанный на условии конечности напряжений и плавности смыкания берегов трещины в ее конце. Этот подход нашел свое развитие в работах Г.И.Баренблатта, который явно ввел в рассмотрение силы сцепления в конце трещины. Получившаяся при этом новая специфическая характеристика трещиностойкости материала, модуль сцепления, была предметом специального анализа в совместной работе С.А.Христиановича с Г.И.Баренблаттом.

В это же время С.А. начал свои исследования внезапных выбросов угля и газа в угольных пластах. Из начального цикла работ С.А. на эту тему в настоящий том включена только одна его работа 1953 года, посвященная отысканию стационарного распределения давления вблизи движущейся с постоянной скоростью свободной поверхности с учетом десорбции газа.

5. Сергей Алексеевич принял активное участие еще в одном научно-организационном деле первостепенной важности. По предложению академиков М.А.Лаврентьева, С.А.Христиановича и С.Л.Соболева в 1957 году было создано Сибирское отделение АН СССР. К этому моменту индустриальное развитие восточных районов страны достигло огромного размаха, однако научно-исследовательские работы и подготовка научных кадров в этих районах велись в недостаточных масштабах. Для решения выдвигаемых промышленностью и сельским хозяйством этих районов проблем приходилось постоянно привлекать центральные институты. Перед Сибирским отделением была поставлена задача ликвидировать отставание в уровне фундаментальных и прикладных исследований в немногих расположенных за Уралом научных учреждениях, создать в Сибири первоклассный научный центр мирового значения и взять под свою эгиду воспитание кадров нового поколения ученых из числа наиболее одаренных студентов Новосибирского университета. Свой накопленный в ЦАГИ громадный опыт научного строительства С.А. щедро вложил в это мероприятие государственного значения, с момента организации Сибирского отделения и до 1961 года он являлся первым заместителем его председателя. Как и всем пионерам нового дела: ученым, инженерам, рабочим и техникам, - научный городок под Новосибирском обязан С.А.Христиановичу начальными, наиболее трудными шагами в создании и строительстве, ставшими живой легендой наших дней.

В этот период С.А. организовал Институт теоретической и прикладной механики СО АН СССР. Он возглавил этот Институт с момента его открытия в 1957 году до своего отъезда в Москву в 1965 году. Вместе с коллективом института он увлеченно работал над проектом мощной энергетической установки. Много сил было вложено в разработку энерго-технологического метода использования высокосернистых мазутов на базе проектируемых установок и существующих тепловых электростанций. Что очень важно, - проектируемый новый промышленный процесс не сопровождается загрязнением атмосферы. С.А. оставил в Сибири много учеников, выросших на этих работах в крупных ученых.

6. В 1965 году С.А. возвратился в Москву и стал научным руководителем основного научно-исследовательского учреждения Комитета стандартов, Института физико-технических и радиотехнических измерений, а также членом Коллегии Государственного комитета по науке и технике при Совете Министров СССР. С 1972 года он заведует лабораторией механики нелинейных сред в Институте проблем механики Академии наук СССР. В последние годы С.А. вернулся к теории пластичности, интересовавшей его с юности, с времен докторантуры. Еще в работе 1964 года, выполненной совместно с его учеником, ныне членом-корреспондентом АН СССР Е.И.Шемякиным, было дано объяснение казавшихся парадоксальными законов затухания расходящихся взрывных волн в прочных горных породах и металлах. В большой работе 1974 года С.А.Христианович предложил новую модель, на основе которой он построил общую теорию пластичности при сложном напряженном состоянии. У этой работы, несомненно, большое будущее, хотя она написана трудно и надо затратить много времени и сил, чтобы ее понять. Однако выдвинутые в ней идеи уже нашли свое продолжение в недавнем исследовании А.Н.Мохеля и Р.Л.Салганика. Поразительное совпадение теоретических предсказаний экспериментами на сложное нагружение, проведенными по самым изощренным программам, заставляет подойти к этой теории с пристальным вниманием. Работы по новой теме сейчас продолжаются.

7. В течение всей своей жизни С.А.Христианович сочетал активную научную деятельность с преподаванием и работой с одаренной молодежью. До войны и сразу после войны С.А. преподавал в Московском университете вместе с группой выдающихся ученых Сергей Алексеевич был одним из организаторов физико-технического факультета МГУ, учрежденного сразу после войны для подготовки высококвалифицированных инженеров-физиков нового типа. Он занимал должность проректора МГУ по этому, только что открытому факультету. Постепенно этот факультет превратился самостоятельный большой институт - Московский физико-технический институт (МФТИ), где в настоящее время студентов обучают многим специальностям - от квантовой физики и электроники до аэродинамики. МФТИ стал гордостью нашей системы высшего образования, он послужил прототипом для последующих факультетов и институтов аналогичного направления и стиля. Во время пребывания в Сибири С.А. руководил кафедрой и читал лекции во вновь созданном Новосибирском университете, преподавание в котором самого начала ведется на основании принципов, выработанных в МФТИ. Вслед за ЦАГИ МФТИ глубоко вошел в сердце Сергея Алексеевича.

Работы С.А.Христиановича оказали существенное влияние на развитие ряда областей механики газа, жидкости и твердого тела в Советском Союзе и за его пределами, они нашли широкое научное признание. Его труд получил заслуженную оценку Коммунистической партии и Советского правительства. С.А.Христианович был удостоен высших наград Родины, в том числе звания Героя Социалистического Труда, шести орденов Ленина, трех Государственных премий СССР. Ему присуждена почетная в авиационной промышленности премия имени Н.Е.Жуковского <...>

Г.И.Баренблатт, О.С.Рыжов


 * Баренблатт Г.И., Рыжов О.С. О трудах академика Сергея Алексеевича Христиановича и о нем самом // Христианович С.А. Механика сплошной среды: [Избр. работы] / Отв. ред. Ишлинский А.Ю., Баренблатт Г.И. - М.: Наука, 1981. - С.3-18.
Шифр: В25-Х.935 НО
 
Научные школы ННЦ С.А.Христианович | Литература о жизни и деятельностиПодготовили Клара Елкина и Сергей Канн  
 

[Начало | О библиотеке | Академгородок | Новости | Выставки | Ресурсы | Партнеры | ИнфоЛоция | Поиск | English]
В 2004-2006 гг. проект поддерживался грантом РФФИ N 04-07-90121
 
© 2004-2018 Отделение ГПНТБ СО РАН (Новосибирск)
Статистика доступов: архив | текущая статистика

Документ изменен: Thu Apr 5 16:44:50 2018. Размер: 46,670 bytes.
Посещение N 5495 с 10.01.2005