Efectul cumulativ al academicianului Lavrentiev
Mihail Alekseevici Lavrentiev
Matematician și mecanic
Până la începutul Marelui Război Patriotic, Mihail Alekseevici Lavrentiev era deja un om de știință de renume mondial. Un pic de matematică grozavă și groaznică din istoricul viitorului academician: „teoria mulțimilor descriptive”, „teorema de continuare a homeomorfismului”, „teoria cartografierii cvasi-conformale” și multe altele. Dar Lavrentiev nu sa limitat la matematica teoretică - o parte considerabilă a lucrărilor are o aplicație practică destul de tangibilă. De exemplu, în 1934, omul de știință publică o teoremă în care demonstrează că profilul aripii sub formă de arce de cerc sau arcul lui Jukovski are forța maximă de ridicare. Suna ca "problema extremă a teoriei mapărilor conformale". Lavrentiev a lucrat ceva timp aviaţie întrebări la Institutul Central Aerohidrodinamic din grupul lui Serghei Chaplygin. Omul de știință și-a amintit mai târziu:
„Din munca mea la TsAGI, am scos pentru mine, în primul rând, experiența aplicării matematicii pure la probleme de inginerie importante și, în al doilea rând, o înțelegere clară că în procesul de rezolvare a unor astfel de probleme se nasc idei și abordări noi în domeniul matematicii. teoriile în sine... Puteți susține cu siguranță că acesta este ceea ce a adus țara noastră în prim-plan în domeniul tehnologiei aviației.
Viitorul academician Mihail Alekseevici Lavrentiev
La mijlocul anilor 30, omul de știință a devenit de două ori doctor în științe - mai întâi tehnic, iar mai târziu - fizic și matematic. Gradele academice sunt acordate lui Lavrentiev fără a susține o dizertație pe baza „totalității meritului științific”. În viitor, o combinație pricepută de teorie matematică și rezultate practice a devenit marca comercială a lui Mihail Alekseevici. Chiar înainte de război - în 1939 - Lavrentiev a fost numit director al Institutului de Matematică al Academiei de Științe a RSS Ucrainei din Kiev. În același timp, omul de știință nu pierde legătura cu Moscova și rămâne profesor la Universitatea de Stat din Moscova.
Evacuarea la Ufa a pus sarcini pur practice pentru matematician - acum nu existau probleme civile, toate subiecte legate de industria de apărare. Lavrentiev a preluat teoria exploziei, în primul rând, teoria hidrodinamică a cumulării. Este imediat necesar să clarificăm că efectul cumulativ care a dat peste cap știința militară în anii 30 nu este descoperirea lui Lavrentiev. Fenomenul a fost descoperit în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. iar deocamdată nu a găsit o explicaţie inteligibilă. Într-adevăr, a fost foarte greu de înțeles cum acoperirea unei nișuri într-un exploziv cu o manta de oțel și îndepărtarea încărcăturii din corpul de perforare crește efectul de penetrare. Dar acest lucru nu a împiedicat utilizarea efectului cumulativ, deși limitat, în minerit. Primul brevet pentru muniție cumulată datează din 1914, dar adevărata perioadă de glorie a tehnologiei a avut loc abia în al Doilea Război Mondial. În cea mai mare parte, shell-urile cumulate au fost dezvoltate pe date empirice - nicio țară din lume nu avea o teorie coerentă. Lavrentiev scrie în acest sens:
„Deși obuzele antitanc cumulate au fost deja folosite de germani în luptele de la Stalingrad, iar aceste obuze au fost copiate și studiate în Anglia, SUA și aici, nu a existat o înțelegere exactă a bazei fizice a acțiunii lor până în 1945.”
Cu toate acestea, cercetările teoretice ale lui Mihail Alekseevich se referă la perioada târzie, iar în Ufa îl așteptau sarcini pur tehnice. Principala dezvoltare a fost bombele cumulate de aviație. Iată un fragment din cartea lui Yuri Yergin, biograful academicianului și primul rector al Universității Bashkir:
„În loc de câteva bombe antitanc grele de sute de kilograme (PTAB), aeronava de atac IL-2 a luat la bord patru casete cu 78 de PTAB fiecare, cu care au „stropit” literalmente germană. rezervoare de la o înălțime de 25 m, ceea ce a asigurat, pe de o parte, o mai mare precizie de țintire a unui astfel de bombardament și, pe de altă parte, siguranța completă a aeronavei în sine, care nu a putut fi doborâtă de explozia proprie. bombe. PTAB-urile au avut un alt mare avantaj. Spre deosebire de bombele aeriene convenționale din oțel scump de înaltă rezistență, cu o siguranță complexă, PTAB-urile ar putea fi teoretic produse chiar și într-o carcasă din lemn. De aici și posibilitatea fabricării lor nu în fabrici specializate, ci în condițiile cele mai primitive, așa cum sa întâmplat în Ufa ... "
PTAB-urile lui Lavrentyev au fost produse în Ufa pe artela Prommetiz evacuată din Dnepropetrovsk. Perfecționarea finală a designului muniției și siguranței AD-A a fost realizată de Ivan Aleksandrovich Larionov.
Fiecare bombă cântărea 2,5 kg și străpungea până la 70 mm de armură cu un pistil cumulat. Acest lucru a fost suficient pentru a învinge cele mai protejate tancuri ale Wehrmacht-ului - Panther nu avea mai mult de 16 mm în acoperiș, Tigerul avea 28 mm. Nu este de glumă, Lavrentiev a venit cu muniție care străpunge acoperișul cu mult înainte ca acestea să devină mainstream. Pentru prima dată, PTAB-urile de la Ufa au fost folosite în bătălia de la Kursk și au avut un efect foarte demn asupra naziștilor - câteva sute de tancuri au fost distruse de lovituri aeriene.
Aici, în Ufa, Lavrentiev se ocupă de o gamă largă de probleme care nu sunt direct legate de efectele cumulate. Contemporanii omului de știință își amintesc:
„În același timp, oamenii de știință studiază problemele necesare practicii privind durabilitatea supapelor motoarelor de aeronave, curele de proiectile, idei noi în crearea arme... Un alt domeniu important al mecanicii ... a fost studiul stabilității mișcării corpurilor solide cu umplutură lichidă în raport cu sarcinile de artilerie.
Interesant, chiar și în condițiile dificile ale evacuării, Lavrentiev nu renunță la matematică și publică o lucrare despre "solubilitatea problemei undelor solitare pe suprafața unui fluid ideal". Dar forțele principale, desigur, au îndepărtat întrebările de natură defensivă.
Teoria cumulativă
La Ufa, Lavrentiev a început să lucreze la teoria hidrodinamică a exploziei cumulate și a continuat la Moscova și Kiev din 1944. A fost un subiect strict secret - primele publicații deschise în presa mondială au apărut abia în 1948. La mijlocul anilor '40, existau două teorii care explicau efectul cumulativ - schema de ardere a armurii și schema de spargere. În conformitate cu primul, un jet de gaz străpunge armura, al doilea implică o defecțiune cu praf de metal fierbinte. Lavrentiev a dovedit empiric eșecul ambelor abordări și a oferit teoria jeturilor de lichid ca explicație. Pentru a face acest lucru, este necesar să presupunem că căptușeala de cupru a proiectilului și armurii cumulate sunt în esență lichide incompresibile, deși foarte vâscoase. Lavrentiev a inclus modelul dinamic al unui fluid incompresibil în ipoteză și s-a dovedit că explică în mod surprinzător întreaga fizică a unei explozii cumulate. Dar unele erau amuzante. Mihail Alekseevici își amintește:
„Ideea că un metal se comportă ca un lichid a fost numită ridicolă de mulți. Îmi amintesc că primul meu discurs despre asta la Academia de Științe de Artilerie a fost întâmpinat cu râsete... Interpretarea hidrodinamică a fenomenului de cumul a fost susținută de M. V. Keldysh și L. I. Sedov.
În practică, Lavrentiev a reușit să demonstreze adevărul teoriei în satul Feofaniya, la 20 km de Kiev în 1944-1946. După cum și-a amintit mai târziu autorul, funcția de vicepreședinte al Academiei de Științe a RSS Ucrainei a făcut posibilă începerea rapidă a lucrului în laboratorul de explozivi. Multe trebuiau făcute literalmente pe genunchi. De exemplu, șoferul lui Lavrentiev a făcut pâlnii metalice pentru explozivi. Încărcăturile Lavrentiev aruncate pe o sobă electrică, explozivi presați pe o presă convențională de legătorie. Despre acele zile Lavrentiev scrie:
„Dificultățile cu materialele au condus uneori la rezultate complet neașteptate. Când calculele aproximative au dezvăluit o serie de proprietăți ale unei explozii cumulate, am vrut să înființez cât mai curând posibil experimente care să confirme în sfârșit teoria. A fost nevoie de măcinare urgentă a unui con de cupru, dar, după noroc, cilindrii de cupru necesari din care se putea face nu erau disponibile. N. M. Syty a găsit o cale de ieșire neobișnuită: a luat un mănunchi de sârmă de cupru, l-a înfășurat cu un cordon detonant și l-a aruncat în aer. După explozie, am obținut cilindrul dorit, din care Edik Wirth a sculptat mai multe conuri. Experimentele efectuate au confirmat pe deplin teoria, iar teoria a explicat toate efectele paradoxale ale unei explozii cumulate.
În 1949, Mihail Alekseevici a primit Premiul de Stat pentru teoria exploziei cumulate.
În celebrul său articol „Încărcătura în formă și principiul funcționării sale” din 1957, Lavrentiev descrie mecanica exploziei într-un mod deosebit. Deci, un con cumulativ, după comprimarea de către o explozie și îngroșarea pereților,
„se împroșcă înainte într-un mod care poate fi observat atunci când apa de mare curge într-un golf în formă de pană”.
Pistilul cumulat se numește sârmă, care acționează asupra armurii cu o presiune de 1 milion de atmosfere, motiv pentru care acesta din urmă se răspândește pur și simplu.
Încă o dată, merită să subliniem întreaga lățime a talentului lui Mihail Alekseevici. Teoria cumulativă nu a fost în niciun caz principala realizare a vieții sale științifice. Și omul de știință nu a trăit numai prin matematică uscată. Lavrentiev a fost interesat de construirea modelelor matematice ale fenomenelor naturale. O serie de ipoteze interesante au fost exprimate de el despre caracteristicile propagării valurilor de tsunami, despre pădurea Novorossiysk, despre metodele de mișcare a șerpilor și peștilor, despre mecanismele de formare a valurilor de vânt și despre amortizarea acestor valuri. prin ploaie. Apropo, în Novosibirsk Academgorodok, care a fost construit sub îndrumarea strictă a academicianului, Institutul de Hidrodinamică a devenit primul institut de cercetare operațional. În prezent, este una dintre instituțiile științifice cheie din țară care se ocupă de problemele fizicii exploziilor. Numele modern și complet al instituției este Institutul de Hidrodinamică. M. A. Lavrentiev SB RAS.
După război, Lavrentiev nu a părăsit cercetarea aplicată în domeniul apărării. În 1950, a studiat efectele undelor de explozie asupra navelor și tehnicile de degajare a porturilor cu explozivi. În 1953, la Sarov, a început să dezvolte un obuz de artilerie atomică - până atunci Uniunea Sovietică era în urmă cu Statele Unite în acest subiect. Trei ani mai târziu, apare o muniție cu încărcătură nucleară bazată pe mecanismul de implozie. Schematic, proiectilul Lavrentiev semăna cu un pepene din Asia Centrală ascuns în carcasa muniției.
Mihail Alekseevici a murit în 1980, la vârsta de 79 de ani, lăsând în urmă o moștenire științifică și tehnică gigantică și o întreagă armată de studenți. Problemele de apărare rezolvate de Lavrentiev au ocupat o parte importantă din viața omului de știință, dar nu au fost deloc singurele. Principala creație a academicianului a fost Novosibirsk Academgorodok, dar aceasta este deja o complet diferită poveste.
informații