Hiệu ứng tích lũy của học giả Lavrentiev
Mikhail Alekseevich Lavrentiev
Nhà toán học và cơ khí
Vào đầu cuộc Chiến tranh Vệ quốc vĩ đại, Mikhail Alekseevich Lavrentiev đã là một nhà khoa học nổi tiếng thế giới. Một chút toán học hay và khủng khiếp từ thành tích của học giả tương lai: "lý thuyết tập hợp mô tả", "định lý tiếp tục đồng cấu", "lý thuyết ánh xạ gần như phù hợp" và nhiều hơn nữa. Nhưng Lavrentiev không chỉ giới hạn ở toán lý thuyết - một phần đáng kể của công trình có ứng dụng thực tế khá hữu hình. Ví dụ, vào năm 1934, nhà khoa học này công bố một định lý trong đó ông chứng minh rằng hình dạng cánh ở dạng vòng cung tròn hoặc cánh cung của Zhukovsky có lực nâng tối đa. Nghe có vẻ như "vấn đề cực trị của lý thuyết ánh xạ bảo giác". Lavrentiev đã làm việc một thời gian hàng không các câu hỏi tại Viện Khí động lực học Trung ương trong nhóm của Sergei Chaplygin. Nhà khoa học sau này nhớ lại:
“Từ công việc của mình tại TsAGI, trước hết, tôi đã rút ra cho mình kinh nghiệm áp dụng toán học thuần túy vào các vấn đề kỹ thuật quan trọng và thứ hai là hiểu rõ rằng trong quá trình giải quyết những vấn đề như vậy, những ý tưởng và cách tiếp cận mới sẽ ra đời trong lĩnh vực toán học. bản thân các lý thuyết ... Bạn có thể tranh luận một cách an toàn rằng đây chính là điều đã đưa đất nước chúng ta đi đầu trong lĩnh vực công nghệ hàng không.
Viện sĩ tương lai Mikhail Alekseevich Lavrentiev
Vào giữa những năm 30, nhà khoa học đã hai lần trở thành bác sĩ khoa học - đầu tiên là kỹ thuật và sau đó là vật lý và toán học. Bằng cấp học thuật được trao cho Lavrentiev mà không bảo vệ luận án trên cơ sở "tổng giá trị khoa học". Trong tương lai, sự kết hợp khéo léo giữa lý thuyết toán học và kết quả thực tiễn đã trở thành thương hiệu của Mikhail Alekseevich. Ngay trước chiến tranh - năm 1939 - Lavrentiev được bổ nhiệm làm giám đốc Viện Toán học của Viện Hàn lâm Khoa học Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Ukraine ở Kyiv. Đồng thời, nhà khoa học không mất liên lạc với Moscow và vẫn là giáo sư tại Đại học quốc gia Moscow.
Việc sơ tán đến Ufa đặt ra những nhiệm vụ hoàn toàn thực tế cho nhà toán học - giờ đây không còn vấn đề dân sự nào nữa, tất cả các chủ đề đều liên quan đến công nghiệp quốc phòng. Lavrentiev đưa ra lý thuyết nổ, trước hết là lý thuyết tích lũy thủy động lực học. Cần phải làm rõ ngay rằng hiệu ứng tích lũy đã làm đảo lộn khoa học quân sự trong những năm 30 không phải là phát hiện của Lavrentiev. Hiện tượng này được phát hiện vào nửa sau thế kỷ 1914. và hiện tại vẫn chưa tìm được lời giải thích dễ hiểu. Thật vậy, rất khó hiểu làm thế nào để che đậy phần lõm trong chất nổ bằng vỏ thép và loại bỏ điện tích khỏi thân xuyên thấu lại làm tăng hiệu ứng xuyên thấu. Nhưng điều này không ngăn cản việc sử dụng hiệu ứng tích lũy, mặc dù còn hạn chế, trong khai thác. Bằng sáng chế đầu tiên về đạn tích lũy có từ năm XNUMX, nhưng thời hoàng kim thực sự của công nghệ chỉ xảy ra trong Thế chiến thứ hai. Phần lớn, các lớp vỏ tích lũy được phát triển dựa trên dữ liệu thực nghiệm - không quốc gia nào trên thế giới có lý thuyết mạch lạc. Lavrentiev viết về vấn đề này:
“Mặc dù đạn pháo chống tăng tích lũy đã được quân Đức sử dụng trong các trận chiến ở Stalingrad và những quả đạn này đã được sao chép và nghiên cứu ở Anh, Mỹ và ở đây, nhưng không có hiểu biết chính xác về cơ sở vật lý của hành động của chúng cho đến năm 1945.”
Tuy nhiên, nghiên cứu lý thuyết của Mikhail Alekseevich liên quan đến thời kỳ muộn, và ở Ufa, những nhiệm vụ kỹ thuật thuần túy đang chờ đợi ông. Sự phát triển chính là bom tích lũy hàng không. Đây là đoạn trích từ cuốn sách của Yury Yergin, người viết tiểu sử của viện sĩ và hiệu trưởng đầu tiên của Đại học Bashkir:
“Thay vì vài quả bom chống tăng (PTAB) nặng hàng trăm kg, máy bay tấn công IL-2 mang theo 78 băng cassette với XNUMX băng PTAB mỗi băng, chúng thực sự đã “rắc” tiếng Đức. xe tăng từ độ cao 25 m, một mặt đảm bảo độ chính xác ngắm bắn cao hơn của một cuộc tấn công ném bom như vậy và mặt khác, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho bản thân máy bay, không thể bị bắn hạ bởi vụ nổ của chính nó bom. PTAB còn có một lợi thế lớn khác. Không giống như bom hơi thông thường làm bằng thép cường độ cao đắt tiền với cầu chì phức tạp, PTAB về mặt lý thuyết có thể được sản xuất ngay cả trong vỏ gỗ. Do đó, khả năng sản xuất chúng không phải ở các nhà máy chuyên dụng mà trong những điều kiện nguyên thủy nhất, như đã xảy ra ở Ufa ... "
PTAB của Lavrentyev được sản xuất tại Ufa trên tàu Prommetiz sơ tán khỏi Dnepropetrovsk. Sự tinh chỉnh cuối cùng về thiết kế đạn và cầu chì AD-A được thực hiện bởi Ivan Aleksandrovich Larionov.
Mỗi quả bom nặng 2,5 kg và có thể xuyên thủng lớp giáp dày tới 70 mm bằng chày tích lũy. Điều này đủ để đánh bại những chiếc xe tăng được bảo vệ tốt nhất của Wehrmacht - Panther có mui không quá 16 mm, Tiger có 28 mm. Không phải chuyện đùa đâu, Lavrentiev đã nghĩ ra loại đạn xuyên mái nhà từ rất lâu trước khi chúng trở thành xu hướng chủ đạo. Lần đầu tiên, PTAB từ Ufa được sử dụng trong Trận chiến Kursk và chúng có tác dụng rất tốt đối với Đức Quốc xã - hàng trăm xe tăng đã bị phá hủy trong các cuộc không kích.
Tại Ufa, Lavrentiev giải quyết một loạt vấn đề không liên quan trực tiếp đến hiệu ứng tích lũy. Những người đương thời của nhà khoa học nhớ lại:
“Đồng thời, các nhà khoa học đang nghiên cứu những vấn đề cần thiết cho thực hành về độ bền của van động cơ máy bay, dây đai đạn, những ý tưởng mới trong việc tạo ra vũ khí... Một lĩnh vực quan trọng khác của cơ học ... là nghiên cứu sự ổn định trong chuyển động của vật thể rắn với chất độn lỏng liên quan đến nhiệm vụ pháo binh.
Điều thú vị là ngay cả trong điều kiện sơ tán khó khăn, Lavrentiev vẫn không từ bỏ toán học và xuất bản một công trình về "Giải được bài toán sóng đơn độc trên bề mặt chất lỏng lý tưởng". Nhưng tất nhiên, lực lượng chính đã loại bỏ các vấn đề mang tính chất phòng thủ.
Lý thuyết tích lũy
Ở Ufa, Lavrentiev bắt đầu nghiên cứu lý thuyết thủy động lực học về vụ nổ tích lũy và tiếp tục ở Moscow và Kiev từ năm 1944. Đó là một chủ đề tuyệt mật - ấn phẩm mở đầu tiên trên báo chí thế giới chỉ xuất hiện vào năm 1948. Vào giữa những năm 40, có hai lý thuyết giải thích hiệu ứng tích lũy - sơ đồ đốt áo giáp và sơ đồ đập vỡ. Theo điều đầu tiên, một luồng khí xuyên qua áo giáp, điều thứ hai ngụ ý sự cố do bụi kim loại nóng. Lavrentiev đã chứng minh bằng thực nghiệm sự thất bại của cả hai phương pháp và đưa ra lý thuyết về tia chất lỏng như một lời giải thích. Để làm được điều này, cần phải giả định rằng lớp lót đồng của đạn tích lũy và áo giáp về cơ bản là chất lỏng không nén được, mặc dù rất nhớt. Lavrentiev đã gộp mô hình động học của chất lỏng không nén được vào giả thuyết này, và hóa ra nó giải thích một cách đáng ngạc nhiên toàn bộ tính chất vật lý của một vụ nổ tích lũy. Nhưng một số lại buồn cười. Mikhail Alekseevich nhớ lại:
“Ý tưởng cho rằng kim loại hoạt động giống như chất lỏng bị nhiều người cho là lố bịch. Tôi nhớ bài phát biểu đầu tiên của tôi về vấn đề này tại Học viện Khoa học Pháo binh đã được chào đón bằng những tràng cười ... Cách giải thích thủy động lực học về hiện tượng tích lũy được hỗ trợ bởi M. V. Keldysh và L. I. Sedov.
Trong thực tế, Lavrentiev đã chứng minh được tính đúng đắn của lý thuyết tại làng Feofaniya, cách Kyiv 20 km vào năm 1944-1946. Như tác giả sau này nhớ lại, vị trí phó chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học SSR Ucraina đã giúp chúng tôi có thể nhanh chóng bắt đầu công việc trong phòng thí nghiệm chất nổ. Theo nghĩa đen, nhiều việc phải được thực hiện trên đầu gối. Ví dụ, người lái xe của Lavrentiev đã chế tạo phễu kim loại để chứa chất nổ. Phí Lavrentiev đúc trên bếp điện, ép chất nổ trên máy ép đóng sách thông thường. Về những ngày đó Lavrentiev viết:
“Những khó khăn về vật liệu đôi khi dẫn tới những kết quả hoàn toàn không ngờ tới. Khi các phép tính gần đúng tiết lộ một số đặc tính của vụ nổ tích lũy, tôi muốn thiết lập các thí nghiệm càng sớm càng tốt để cuối cùng xác nhận lý thuyết. Cần phải khẩn trương mài một hình nón bằng đồng, nhưng may mắn thay, những trụ đồng cần thiết để chế tạo nó lại không có sẵn. N. M. Syty đã tìm ra một lối thoát khác thường: anh lấy một bó dây đồng, quấn dây nổ rồi cho nổ tung. Sau vụ nổ, chúng tôi có được hình trụ như mong muốn, từ đó Edik Wirth đã chạm khắc một số hình nón. Các thí nghiệm được thực hiện đã xác nhận đầy đủ lý thuyết và lý thuyết này giải thích tất cả các tác động nghịch lý của một vụ nổ tích lũy.
Năm 1949, Mikhail Alekseevich được trao Giải thưởng Nhà nước về lý thuyết vụ nổ tích lũy.
Trong bài báo nổi tiếng “Hình dạng điện tích và nguyên lý hoạt động của nó” năm 1957, Lavrentiev đã mô tả cơ chế của vụ nổ một cách kỳ dị. Vì vậy, một hình nón tích lũy, sau khi bị nén bởi vụ nổ và các bức tường dày lên,
"tấn nước về phía trước theo cách có thể quan sát được khi nước biển chảy vào một vịnh hình nêm."
Chiếc chày tích lũy được gọi là một sợi dây, tác động lên áo giáp với áp suất 1 triệu atm, đó là lý do tại sao dây sau chỉ đơn giản lan rộng.
Một lần nữa, cần nhấn mạnh toàn bộ tài năng của Mikhail Alekseevich. Lý thuyết tích lũy hoàn toàn không phải là thành tựu chính trong cuộc đời khoa học của ông. Và nhà khoa học không chỉ sống bằng toán học khô khan. Lavrentiev quan tâm đến việc xây dựng các mô hình toán học về các hiện tượng tự nhiên. Ông đưa ra một số giả thuyết thú vị về đặc điểm lan truyền sóng thần, về rừng Novorossiysk, về phương pháp di chuyển của rắn và cá, về cơ chế hình thành sóng gió và về sự giảm chấn của những sóng này. bởi mưa. Nhân tiện, tại Học viện Novosibirsk, được xây dựng dưới sự hướng dẫn nghiêm ngặt của các học giả, Viện Thủy động lực học đã trở thành viện nghiên cứu hoạt động đầu tiên. Hiện nay, đây là một trong những tổ chức khoa học trọng điểm trong nước giải quyết các vấn đề về vật lý vụ nổ. Tên hiện đại và đầy đủ của tổ chức là Viện Thủy động lực học. M. A. Lavrentiev SB RAS.
Sau chiến tranh, Lavrentiev không rời bỏ nghiên cứu ứng dụng quốc phòng. Năm 1950, ông nghiên cứu ảnh hưởng của sóng nổ lên tàu và kỹ thuật rà phá các cảng bằng thuốc nổ. Năm 1953, tại Sarov, ông bắt đầu phát triển đạn pháo nguyên tử - vào thời điểm đó Liên Xô đã tụt hậu so với Hoa Kỳ về chủ đề này. Ba năm sau, loại đạn mang điện tích hạt nhân xuất hiện dựa trên cơ chế nổ. Về mặt sơ đồ, đạn Lavrentiev giống một quả dưa Trung Á được giấu bên trong hộp đạn.
Mikhail Alekseevich qua đời năm 1980 ở tuổi 79, để lại một di sản khoa học kỹ thuật khổng lồ và cả một đội quân sinh viên. Các vấn đề phòng thủ do Lavrentiev giải quyết chiếm một phần quan trọng trong cuộc đời của nhà khoa học, nhưng không phải là vấn đề duy nhất. Sáng tạo chính của viện sĩ này là Học viện Novosibirsk, nhưng đây đã là một nơi hoàn toàn khác lịch sử.
tin tức