В последние годы всё чаще и чаще идут разговоры о гиперзвуковых летательных аппаратах, способных двигаться со скоростью более 5М (помните статью про ЧИСЛО МАХА?). Мол, как это круто, ведь если у тебя есть такая штуковина, вы можете безнаказанно раздолбить всё, что угодно, и ни одна система ПВО не успеет отреагировать на нападение.
Но вас, должно быть, интересовало, как должен выглядеть аппарат, способный летать со скоростью, например, 2 км в секунду. Или 3 км. Причём не в космосе, а именно в воздухе, то есть в плотной среде.
Так вот, оказывается, существует теоретически обоснованная форма, идеально подходящая для таких полётов. Называется она ТЕЛОМ СИРСА - ХААКА и представляет собой вот такую штуковину.
Тело такой формы обладает наименьшим волновым сопротивлением в маловозмущающем (линеаризованном) сверхзвуковом потоке. Причём нашли, математически просчитали и обосновали эту форму ещё в 40-е годы прошлого века.
Но мне во всей этой истории понравилось другое.
Дело в том, что в старину считали: идеальная форма для метательного снаряда - шар. Поэтому и ядра были круглыми, и пули поначалу тоже. Потом они стали полукруглыми, затем - эллиптическими, но всё равно оставались тупыми.
Постепенно оружейники всё-таки стали приходить к выводу, что заострённые пули обладают более обтекаемой формой, которая позволяет им легче сопротивляться воздуху, а значит - лететь дальше.
Но как именно следовало заострить пулю? Оказывается, для этого случая была специально разработана так называемая "оживальная форма" или просто "оживало". Она представляла собой нечто промежуточное между конусом и эллипсоидом.
В самом упрощённом варианте оживальная форма образована дугами двух окружностей, а её «острота» характеризуется отношением радиуса окружностей к максимальному диаметру (калибру). Чем больше это отношение, тем «острее» выглядит тело. Для пуль отношение обычно лежит в пределах от 4 до 10 (типично около 6); для снарядов доходит до 16.
В лексиконе оружейников есть такой термин - ОЖИВАЛО КАРМАНА. Это как раз о той самой форме пули, которую Теодор фон Карман научно обосновал как оптимальную для дозвуковой стрельбы.
Однако тут очень важен размер радиуса оживала пули. Который, как мы понимаем, может быть очень разным. Обычно его выражают в калибрах и таким образом получают радиус головной части пули. Если оживальная часть переходит в цилиндрическую ведущую часть пули плавно без углового участка, то мы говорим о тангенциальном оживале. Если оживальная часть образует с цилиндрической частью угол, то ее называют секущим оживалом.
Но это всё хорошо, повторяю, для дозвуковых пуль. А вот как раз пули, которые должны лететь со скоростью выше 330 метров в секунду, всё более и более должны приближаться по форме к ТЕЛУ СИРСА - ХААКА. Хотя бы в своей передней части. Просто потому, что только такая форма позволит им двигаться с наименьшим сопротивлением. (Притом, что форма ТЕЛА СИРСА - ХААКА всё-таки не является оживальной.)
Вот, к примеру, патрон 338 Lapua Magnum, начальная скорость пули - около 1000 м/с. Обратите внимание на форму этой пули.
Уильям Рис Сирс (1 марта 1913 - 12 октября 2002) - американский инженер, специалист в области авиации, педагог высшей школы, член Национальной инженерной академии США, член Национальной академии наук США.
Учился в Университете Миннесоты, потом в Калифорнийском технологическом институте - кстати, у того самого Теодора фон Кармана, который тогда занимал должность директора Авиационной лаборатории Гуггенхайма. Это было ещё до начала Второй мировой войны.
Работал инструктором по аэронавтике в Калифорнийском технологическом институте, участвовал в консультациях по аэродинамическим проблемам на самолётах Northrop.
В конце Второй мировой войны он сопровождал группу авиационных экспертов во главе с фон Карманом, чтобы изучить опыт Германии в исследованиях по аэродинамике.
После войны поступил в Корнеллский университет, где основал и возглавил Высшую школу авиационной инженерии, признанную одной из лучших в мире. И оставался очень близок к фону Карману, который часто посещал его школу.
Сирс был первоклассным пилотом, овладел управлением несколькими самолётами, налетав на них 8000 часов. А ещё он был опытным музыкантом-ударником, барабанщиком и тимпанистом. Его даже считали опытным специалистом по записи в университетской группе, интересующейся средневековой музыкой.
Вольфганг Зигфрид Хаак (24 апреля 1902 – 28 ноября 1994) - немецкий математик, аэродинамик.
Образование получил в университетах Ганновера и Йены, где изучал машиностроение и математику. Работал в Гамбурге, университете Штутгарта, Данцига, Берлина.
Во время Второй мировой войны занимался поиском оптимальной формы снарядов. (Кстати, ту самую "идеальную" форму он вычислил ещё в 1940 году, за 7 лет до Сирса).
Несмотря на то, что своими усилиями Хаак укреплял военное могущество нацистов, ему это простили, и в 1949 году он занял посл профессора математики и механики на кафедре математики и механики Берлинского технического университета. По его инициативе здесь была основана новая кафедра вычислительной математики, которую он возглавлял до выхода на пенсию.
P.S. Вы спросите, а почему же тогда у нашей ракеты "Циркон", способной лететь со скоростью аж до 9М, форма не такая, как у ТЕЛА СИРСА - ХААКА?
Честно - не знаю. Вполне возможно, что со времён, когда Хаак и Сирс, независимо друг от друга, занимались поиском снаряда идеальной формы, научная мысль ушла далеко вперёд, и оказалось, что есть и другие решения этой проблемы. А может, всё дело в том, что "Циркон" - это наша ракета, и форма у неё тоже наша, особая, не как у всех.
Вы можете поддержать канал, перечислив любую доступную вам сумму на кошелёк ЮMoney 4100 1102 6253 35 (или на карту Райффайзенбанка 2200 3005 3005 2776). И поучаствовать в создании книги по материалам этих статей. Заранее всем спасибо!