Труды К. Э. Циолковского по дирижаблестроению

РГАТУ им П. А. Соловьева

 

 

Третья научно-практическая конференция 

«Молодежная инициатива»

Секция «История авиации и космонавтики»

«Труды К. Э. Циолковского по дирижаблестроению»

 

 

 

 

Работу подготовил:

студент РАК  Лебедев А. В.

Научный руководитель:

педагог дополнительного  образования

Фролов В. А.

 

Г. Рыбинск 2012г.

Содержание 

 

1 Введение.

2 Развитие дирижаблестроения.

3 Биография К. Э. Циолковского.

4 Вклад Циолковского в развитие дирижаблестроения.

4.1 Работы по воздухоплаванию.

4.2 Работы Циолковского по аэродиодинамике.

5 Перспективы современного развития дирижаблестроения.

6 Заключение.

7 Список используемой литературы.

 

 

 

 

1 Введение

В преддверии дня космонавтике все чаще звучит фамилия великого русского ученого Константина Эдуардовича Циолковского. Многие он известен как «пионера ракетодинамики», но это лишь малая часть его достижений.

Константин  Эдуардович Циолковский-русский и советский учёный-самоучка, исследователь, школьный учитель. Основоположник современной космонавтики. Обосновал вывод уравнения реактивного движения, пришёл к выводу о необходимости использования «ракетных поездов» — прототипов многоступенчатых ракет. Автор работ по аэродинамике, воздухоплаванию и другим наукам.

Представитель русского космизма, член Русского общества любителей мироведения. Автор научно-фантастических произведений, сторонник и пропагандист идей освоения космического пространства. Циолковский предлагал заселить космическое пространство с использованием орбитальных станций, выдвинул идеи космического лифта, поездов на воздушной подушке. Считал, что развитие жизни на одной из планет Вселенной достигнет такого могущества и совершенства, что это позволит преодолевать силы тяготения и распространять жизнь по Вселенной.

Поистине  поражает тот факт, что Циолковский  в своих трудах и исследованиях  сильно опережает своё время, многие из его идей были реализованы лишь через несколько десятков лет, а  некоторые актуальны до сих пор.

Занявшись изучением работ Циолковского меня сильно заинтересовали его исследования в области воздухоплавания и дирижаблестроения.

2 Развитие  дирижаблестроения

Дирижа́бль (от фр. dirigeable — управляемый) — летательный аппарат легче воздуха, аэростат с движителем, благодаря которому дирижабль может двигаться независимо от направления воздушных потоков.

С давних времен человечеством владела  мысль о свободном полете в  воздушном океане, который манил  своей безбрежностью и величием. В преданиях многих народов бережно  хранятся легенды о дерзких попытках смельчаков подняться над Землей. Для достижения этой цели людям пришлось преодолеть долгий и тернистый путь, полный неудач и свершений.

5 июня 1783 г. во французском городе  Виделон-лез-Анноне братья Жозеф Мишель и Жак Этьен Монгольфье демонстрировали полет построенного ими шара. Оболочка объемом около 600 куб. м. покоилась на решетчатой раме, сплетенной из лозы. Рама устанавливалась на подмостки, под которыми был разведен костер из мокрой соломы. Горячий влажный воздух наполнял оболочку. После того, как отпустили удерживающие ее веревки, она устремилась вверх. Полет продолжался всего 10 минут. За это время шар пролетел два с небольшим километра.

  Возможность полета была доказана. Оставалось выяснить, насколько  это безопасно для человеческого  организма. В то время многие  считали, что любое живое существо, поднявшееся под облака, даже  на небольшую высоту, непременно  задохнется. Поэтому в первое  воздушное путешествие на монгольфьере, отправили верных и безотказных  друзей человека. 19 сентября 1783 г.  со двора Версальского дворца  впервые в истории в воздух  были подняты живые существа. Эта честь выпала на долю  барана, петуха и утки. Они опустились  на землю в полном здравии.  Затем приступили к тренировочным  подъемам людей на привязных  аэростатах. И только после основательной  подготовки 21 ноября 1783 г. в пригороде  Парижа был дан старт монгольфьеру с экипажем, в состав которого входили два человека - Пилатр де Розье и д'Арланд.

20 июня 1803 г. в Петербурге в присутствии  императорской фамилии Александра I и большого стечения зрителей  состоялся показательный полет  француза Ж. Гарнерена. В сентябре того же года воздушный шар поднялся и в Московское небо.

С развитием науки и техники  аэростаты стали привлекать для  решения широкого круга задач. Они  использовались в военном деле, применялись  для изучения атмосферы, проведения метеорологических, физических, астрономических  наблюдений.

Но  все же аэростаты не отвечали главной  цели воздухоплавания - служить средством  сообщения они не могли. Для этого  необходим был управляемый аэростат, или дирижабль. Попытки управления полетом аэростата с помощью  весел, парусов, как это было с  кораблями на морских просторах, успеха не принесли. Стало очевидным, что для управляемого полета аэростат необходимо снабдить движителем иного  рода.

Большой вклад в развитие дирижаблестроения  внес великий русский ученый Константин Эдуардович Циолковский.

 

 

 

 

 

 

 

3 Биография К. Э. Циолковского.

Константин  Эдуардович Циолковский родился  в 1857 году в русском селе Ижевское Рязанской губернии, в семье польского дворянина, служившего по ведомству государственных имуществ. В 1860 году семья Циолковских переехала в Рязань. В возрасте 9 лет Константин Циолковский заболел скарлатиной. В результате осложнения после болезни он частично потерял слух. Это событие оказало огромное влияние на его дальнейшую жизнь.В 1868 году семья Циолковских переезжает в Вятку. В 12 лет Константин поступает в гимназию, но учеба ему не дается, в том числе и из-за плохого слуха. Ко всему этому в 1870 году умирает мать Циолковского, что еще больше замыкает мальчика в самом себе. И спустя 3 года после поступления его отчисляют из гимназии за неуспеваемость и плохое поведение. Он начинает заниматься образованием самостоятельно. Единственными друзьями мальчика становятся книги. В отличие от гимназических учителей книги щедро оделяют его знаниями и никогда не делают ни малейших упреков. В это же время Константин Циолковский приобщается к техническому и научному творчеству.

И вот уже через два года в 1873 году для отца становятся очевидными способности сына, и он решает послать  мальчика в Москву для продолжения  образования. В Москве в течение 3 лет он самостоятельно и с успехом  изучает химию, физику, астрономию, высшую математику, аналитическую геометрию. В 1876 году Циолковский в возрасте 19 лет возвращается в Вятку, с большим багажом знаний и технических идей. Именно с этого момента можно отсчитывать начало увлечения Циолковского аэродинамикой.В 1878 году семья Циолковских возвращается в Рязань.В 1879 году Константин Циолковский построил первую в мире центробежную машину (предшественницу современных центрифуг) и провел на ней опыты с разными животными. Вес рыжего таракана был увеличен в 300 раз, а вес цыпленка - в 10, без малейшего для них вреда.

В 1880 году Константин Циолковский сдает  экзамены на звание учителя уездной  школы и переезжает в Боровск  по назначению от Министерства просвещения  на свою первую государственную должность. В том же году Циолковский женится  на Варваре Евграфовне Соколовой. Молодая чета начинает жить отдельно, и молодой ученый продолжает физические опыты и техническое творчество. В доме у Циолковского сверкают электрические молнии, гремят громы, звенят колокольчики, пляшут бумажные куколки. В это же время Циолковский самостоятельно разрабатывает кинетическую теорию газов и отправляет рукопись в Русское физико-химическое общество в Петербург, незадолго до этого основанное Менделеевым. И вскоре он получает ответ от Менделеева: кинетическая теория газов уже открыта... 25 лет назад. Но даже эта, казалось бы, неудача принесла Циолковскому известность в мире науки. В Русском физико-химическом обществе поверили в самостоятельность разработок Циолковского и пригласили его войти в состав этого общества.

Циолковский все больше приобщается к науке  и технике, окончательно выбрав для  себя аэродинамику, как дело всей жизни. С практической точки зрения аэродинамику он начинает с попыток создания цельнометаллического аэростата. Но ему не удается довести  дело до реализации проекта.

В 1891 году в трудах Общества любителей  естествознания публикуется статья Циолковского "Давление жидкости на равномерно движущуюся в ней плоскость". В 1892 году семья Циолковских переезжает в Калугу в связи с переназначением Константина Эдуардовича по службе. В это время Циолковский начинает писать статьи и просто мысли и рассказы. Публикуется его фантастическая повесть "На Луне". В 1894 году в журнале "Наука и жизнь" публикуется работа "Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная машина". В 1897 году Циолковский строит аэродинамическую трубу. Эта труба стала второй в России (первую построил в 1871 году в Петербурге инженер Пашкевич для исследования вопросов баллистики). Циолковский же стал первым в вопросах поиска закономерностей полета с малыми скоростями. Он стал одним из основателей новой науки - экспериментальной аэродинамики.

10 мая 1897 года Циолковский вывел  формулу, установившую зависимость  между скоростью ракеты в любой  момент, скоростью истечения газов  из сопла, массой ракеты и  массой взрывных веществ. Закончив  математические записи, Циолковский  машинально поставил дату: 10 мая  1897 года. Разумеется, он ни на секунду  не подозревал, сколько радости  доставит впоследствии историкам  находка пожелтевших и измятых  листков. Ведь написав дату  вычислений, Циолковский, сам того  не ведая, закрепил свое первенство  в вопросах научного освоения  космоса. В 1900 году Академия наук приняла решение помочь Циолковскому в проведении опытов по аэродинамике. Циолковский на основе опытов выводит формулу, связывающую потребную мощность двигателя с аэродинамическим коэффициентом сопротивления и коэффициентом подъемной силы. Эти труды легли в основу его работы "Исследование мировых пространств реактивными приборами", первая часть, которой была опубликована в 1903 году в "Научном обозрении". В этом пионерском труде Циолковский полностью доказал невозможность выхода в космос на аэростате или с помощью артиллерийского орудия, вывел зависимость между весом топлива и весом конструкций ракеты для преодоления силы земного тяготения, высказал идею бортовой системы ориентации по Солнцу или другим небесным светилам, проанализировал поведение ракеты вне атмосферы, в среде, свободной от тяготения. Правда, результат первой публикации оказался совсем не тот, какого ожидал Циолковский. Ни соотечественники, ни зарубежные ученые не оценили эти исследования.

За  период с 1898 по 1902 год Константин Эдуардович опубликовал 16 статей по вопросам воздухоплавания  и аэродинамики. В 1911 году "Вестник воздухоплавания" публикует вторую часть труда "Исследование мировых пространств реактивными приборами". В ней Циолковский вычисляет работу по преодолению силы земного тяготения, скорость и время полета. На этот раз статья Циолковского наделала много шума в научном мире. Циолковский обрел много друзей в мире науки. В 1914 году выходит дополнение к данной работе. Эта работа считается самым ценным трудом Циолковского и закрепляет его первенство в исследовании вопросов космической техники.

Социалистическая  революция в России изменила жизнь  Циолковского к лучшему. Он с радостью встретил перемены в политической жизни  страны. Фигура Циолковского пришлась ко двору новому руководству страны. В 1921 году Совет Народных Комиссаров РСФСР принимает решение о  назначении Циолковскому персональной пенсии. В 1926 году публикуется большой труд Циолковского "Исследование мировых пространств реактивными приборами".

Умер  Циолковский в Калуге 19 сентября 1935.

 

 

4 Вклад  Циолковского в развитие дирижаблестроения.

"Мысль о металлическом аэростате засела у меня в мозгу. Иногда она меня утомляла, и тогда я по месяцам занимался другим, но, в конце концов я возвращался к ней опять", - писал ученый в своей работе "Простое учение о воздушном корабле и его построении". К систематическим исследованиям в области воздухоплавания Циолковский приступил в 1885 году. Уже через год он закончил первый большой научно-теоретический труд "Теория аэростата" (1886 год), имеющего в горизонтальном направлении удлиненную форму" и в 1887 году в Москве на заседании физического отделения Общества любителей естествознания сделал доклад о результатах своих исследований.

Циолковский сразу же поставил перед собой труднейшую задачу - создать такой дирижабль, который  был бы наиболее совершенным, безопасным для пассажиров, прочным, простым  в эксплуатации, наиболее выгодным экономически. Он пришел к выводу о  необходимости строить корабль  целиком из металла. Этой идее цельнометаллического дирижабля ученый оставался верен  всю жизнь.

Свои технические идеи Константин Эдуардович Циолковский  всегда подтверждал математическим анализом и опытным моделированием.

 

4.1 Работы по воздухоплаванию.

Работы К.Э.Циолковского по авиации занимают значительное место  в научном творчестве ученого. Первый в мире самолет, на котором была установлена  паровая машина, был построен в  России Александром Федоровичем  Можайским в 1881 году. Затем к созданию самолетов приступил целый ряд  энтузиастов в России, Франции, США, Англии и других странах. Уже в первые десятилетия XX века были созданы самолеты, способные летать благодаря мощности собственного мотора и выполнять полет в течение минут, а затем и часов. К.Э.Циолковский внимательно следил за достижениями авиаконструкторов и летчиков. Совершенствование двигателей внутреннего сгорания сделало возможным создание легкого и достаточно мощного авиационного двигателя. Первыми поставили на самолет двигатель внутреннего сгорания американские механики братья Райт. Первый полет был совершен ими в 1903 году. К.Э.Циолковский в 1894 году опубликовал свой труд "Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная машина". Знаменательно не только то, что Циолковский предложил схему моноплана со свободнонесущими крыльями, близкую современной, но и то, что он подробно ее исследовал, проанализировал как с точки зрения прочности конструкции, так и с точки зрения аэродинамики.

В изданной в 1929 году работе "Новый аэроплан" Циолковский  дал описание конструкции самолета, состоящей из нескольких веретенообразных полых тел, образующих крыло. В этой, как и в последующих работах  по авиации, Циолковский обосновал  неизбежность замены поршневых двигателей с воздушным винтом реактивными  двигателями. В работе "Реактивный аэроплан" (1930г.) он дал критическое  сравнение самолетов поршневых  с реактивными самолетами и доказал  возможность создания реактивного  самолета с неизмеримо большими скоростями. Схема и расчет стратосферного самолета с двигателем, который мы сейчас относим к воздушно-реактивным, даны ученым в работе "Стратоплан полуреактивный" (1932г.). "За эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных или аэропланов стратосферы", - писал он. Проблеме создания двигателя и высококалорийного горючего для реактивного самолета посвящен целый ряд работ Циолковского: "Реактивный двигатель" (1929г.), "Как увеличить энергию взрывных тепловых двигателей" (1931г.) и "Сжиматель газа" (1931г.). Профессор В.А.Семенов, исследователь трудов К.Э.Циолковского в области авиации, писал "В своих трудах К.Э.Циолковский на основе развитой научной интуиции и чисто теоретических соображений предвидел конкретные формы на обозримом пути развития авиации".