El efecto acumulativo del académico Lavrentiev.
Mijail Alekseevich Lavrentiev
matemático y mecánico
Al comienzo de la Gran Guerra Patria, Mikhail Alekseevich Lavrentiev ya era un científico de fama mundial. Un poco de grandes y terribles matemáticas de la trayectoria del futuro académico: "teoría descriptiva de conjuntos", "teorema de extensión del homeomorfismo", "teoría de las asignaciones cuasi-conformes" y mucho más. Pero Lavrentiev no se limitó a las matemáticas teóricas: una parte considerable de los trabajos tiene una aplicación práctica bastante tangible. Por ejemplo, en 1934, el científico publicó un teorema en el que demuestra que el perfil del ala en forma de arcos de círculo o el arco de Zhukovsky tiene la máxima fuerza de sustentación. Sonaba como "problema extremo de la teoría de mapeos conformes". Lavrentiev trabajó durante algún tiempo. aviación preguntas en el Instituto Central Aerohidrodinámico en el grupo de Sergei Chaplygin. El científico recordó más tarde:
“De mi trabajo en TsAGI, saqué para mí, en primer lugar, la experiencia de aplicar las matemáticas puras a importantes problemas de ingeniería y, en segundo lugar, una comprensión clara de que en el proceso de resolución de tales problemas, nacen nuevas ideas y enfoques en el mundo matemático. teorías mismas ... Se puede argumentar con seguridad que esto es lo que llevó a nuestro país a la vanguardia en el campo de la tecnología de la aviación.
El futuro académico Mikhail Alekseevich Lavrentiev
A mediados de la década de 30, el científico se convirtió en dos veces doctor en ciencias: primero técnico y luego físico y matemático. Los títulos académicos se otorgan a Lavrentiev sin defender una disertación sobre la base de "la totalidad del mérito científico". En el futuro, una hábil combinación de teoría matemática y resultados prácticos se convirtió en la marca registrada de Mikhail Alekseevich. Justo antes de la guerra, en 1939, Lavrentiev fue nombrado director del Instituto de Matemáticas de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Ucrania en Kiev. Al mismo tiempo, el científico no pierde contacto con Moscú y sigue siendo profesor en la Universidad Estatal de Moscú.
La evacuación a Ufa planteó tareas puramente prácticas para el matemático: ahora no había problemas civiles, todos los temas estaban relacionados con la industria de defensa. Lavrentiev retomó la teoría de la explosión, en primer lugar, la teoría hidrodinámica de la acumulación. Es inmediatamente necesario aclarar que el efecto acumulativo que puso patas arriba la ciencia militar en los años 30 no es un descubrimiento de Lavrentiev. El fenómeno fue descubierto en la segunda mitad del siglo XIX. y por el momento no encontré una explicación inteligible. De hecho, era muy difícil entender cómo cubrir un hueco de un explosivo con una vaina de acero y retirar la carga del cuerpo perforador aumenta el efecto de penetración. Pero esto no impidió el uso del efecto acumulativo, aunque sea de forma limitada, en la minería. La primera patente para la munición acumulativa se remonta a 1914, pero el verdadero apogeo de la tecnología no se produjo hasta la Segunda Guerra Mundial. En su mayor parte, las capas acumulativas se desarrollaron sobre la base de datos empíricos: ningún país del mundo tenía una teoría coherente. Lavrentiev escribe al respecto:
"Aunque los alemanes ya utilizaron proyectiles acumulativos antitanque en las batallas por Stalingrado y estos proyectiles fueron copiados y estudiados en Inglaterra, Estados Unidos y aquí, no hubo una comprensión exacta de la base física de su acción hasta 1945".
Sin embargo, la investigación teórica de Mikhail Alekseevich se refiere al período tardío, y en Ufa le esperaban tareas puramente técnicas. El principal desarrollo fueron las bombas acumulativas de aviación. He aquí un extracto del libro de Yuri Yergin, biógrafo del académico y primer rector de la Universidad Bashkir:
“En lugar de varias bombas antitanque pesadas de cien kilogramos (PTAB), el avión de ataque IL-2 llevó a bordo cuatro casetes con 78 PTAB cada uno, con los que literalmente “rociaron” a los alemanes. tanques desde una altura de 25 m, lo que aseguró, por un lado, una mayor precisión de puntería de tal bombardeo y, por otro lado, la seguridad total del propio avión, que no pudo ser derribado por su propia explosión. bombas Los PTAB tenían otra gran ventaja. A diferencia de las bombas aéreas convencionales, fabricadas con costoso acero de alta resistencia y con una mecha compleja, las PTAB podrían, en teoría, fabricarse incluso en una caja de madera. De ahí la posibilidad de su fabricación no en fábricas especializadas, sino en las condiciones más primitivas, como sucedió en Ufa ... "
Los PTAB de Lavrentyev se produjeron en Ufa en el artel Prommetiz evacuado de Dnepropetrovsk. El refinamiento final del diseño de la munición y el fusible AD-A fue realizado por Ivan Aleksandrovich Larionov.
Cada bomba pesaba 2,5 kg y perforaba hasta 70 mm de armadura con un mortero acumulativo. Esto fue suficiente para derrotar a los tanques más protegidos de la Wehrmacht: el Panther no tenía más de 16 mm en el techo, el Tiger tenía 28 mm. No es broma, a Lavrentiev se le ocurrió la munición perforadora de techos mucho antes de que se convirtieran en la corriente principal. Por primera vez, los PTAB de Ufa se utilizaron en la batalla de Kursk y tuvieron un efecto muy digno sobre los nazis: varios cientos de tanques fueron destruidos por ataques aéreos.
Aquí en Ufa, Lavrentiev se ocupa de una amplia gama de problemas que no están directamente relacionados con los efectos acumulativos. Los contemporáneos del científico recuerdan:
“Al mismo tiempo, los científicos están estudiando los problemas necesarios para la práctica de la durabilidad de las válvulas de los motores de los aviones, las correas de los proyectiles, nuevas ideas para la creación armas... Otra área importante de la mecánica ... fue el estudio de la estabilidad del movimiento de cuerpos sólidos con carga líquida en relación con las tareas de artillería.
Curiosamente, incluso en las difíciles condiciones de la evacuación, Lavrentiev no abandona las matemáticas y publica un trabajo sobre "Solubilidad del problema de las ondas solitarias en la superficie de un fluido ideal.". Pero las fuerzas principales, por supuesto, se ocuparon de las cuestiones de carácter defensivo.
Teoría acumulativa
En Ufa, Lavrentiev comenzó a trabajar en la teoría hidrodinámica de la explosión acumulativa y continuó en Moscú y Kiev a partir de 1944. Era un tema estrictamente secreto: las primeras publicaciones abiertas en la prensa mundial aparecieron recién en 1948. A mediados de los años 40, había dos teorías que explicaban el efecto acumulativo: el esquema de quema de armaduras y el esquema de desconchado. Según el primero, un chorro de gas perfora la armadura, el segundo implicaba una rotura con polvo metálico caliente. Lavrentiev demostró empíricamente el fracaso de ambos enfoques y ofreció como explicación la teoría de los chorros de líquido. Para hacer esto, es necesario suponer que el revestimiento de cobre del proyectil acumulativo y la armadura son líquidos esencialmente incompresibles, aunque muy viscosos. Lavrentiev subsumió el modelo dinámico de un fluido incompresible bajo la hipótesis y resultó que sorprendentemente explica toda la física de una explosión acumulativa. Pero algunos eran divertidos. Mikhail Alekseevich recuerda:
“Muchos han calificado de ridícula la idea de que un metal se comporte como un líquido. Recuerdo que mi primer discurso sobre esto en la Academia de Ciencias de Artillería fue recibido con risas ... La interpretación hidrodinámica del fenómeno de acumulación fue apoyada por M. V. Keldysh y L. I. Sedov.
En la práctica, Lavrentiev logró demostrar la veracidad de su teoría en el pueblo de Feofaniya, a 20 km de Kiev, en 1944-1946. Como recordó más tarde el autor, el cargo de vicepresidente de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Ucrania permitió comenzar rápidamente a trabajar en el laboratorio de explosivos. Había mucho que hacer literalmente de rodillas. Por ejemplo, el conductor de Lavrentiev fabricaba embudos de metal para explosivos. Los cargos que Lavrentiev formuló en una estufa eléctrica y colocaron explosivos en una prensa de encuadernación convencional. Sobre aquellos días Lavrentiev escribe:
“Las dificultades con los materiales a veces conducían a resultados completamente inesperados. Cuando los cálculos aproximados revelaron una serie de propiedades de una explosión acumulativa, quise realizar experimentos lo antes posible que finalmente confirmaran la teoría. Era necesario pulir urgentemente un cono de cobre, pero, por suerte, no estaban disponibles los cilindros de cobre necesarios a partir de los cuales se podía fabricar. N. M. Syty encontró una salida inusual: tomó un haz de alambre de cobre, lo envolvió con un cordón detonante y lo hizo estallar. Después de la explosión, obtuvimos el cilindro deseado, del cual Edik Wirth talló varios conos. Los experimentos realizados confirmaron plenamente la teoría y la teoría explicó todos los efectos paradójicos de una explosión acumulativa.
En 1949, Mikhail Alekseevich recibió el Premio Estatal por la teoría de la explosión acumulativa.
En su famoso artículo "La carga formada y el principio de su funcionamiento" de 1957, Lavrentiev describe de una manera peculiar la mecánica de la explosión. Entonces, un cono acumulativo, después de la compresión por una explosión y el engrosamiento de las paredes,
"salpica hacia adelante de una manera que se puede observar cuando el agua del mar fluye hacia una bahía en forma de cuña".
El mortero acumulativo se llama alambre y actúa sobre la armadura con una presión de 1 millón de atmósferas, por lo que esta última simplemente se propaga.
Una vez más, vale la pena enfatizar toda la amplitud del talento de Mikhail Alekseevich. La teoría acumulativa no fue de ninguna manera el principal logro de su vida científica. Y el científico no vivía sólo de áridas matemáticas. Lavrentiev estaba interesado en construir modelos matemáticos de fenómenos naturales. Expresó una serie de hipótesis interesantes sobre las características de la propagación de las ondas del tsunami, sobre el bosque de Novorossiysk, sobre los métodos de movimiento de serpientes y peces, sobre los mecanismos de formación de ondas de viento y sobre la amortiguación de estas ondas. por la lluvia. Por cierto, en el Novosibirsk Academgorodok, construido bajo la estricta dirección del académico, el Instituto de Hidrodinámica se convirtió en el primer instituto de investigación en funcionamiento. Actualmente es una de las instituciones científicas clave del país que se ocupa de los problemas de la física de explosiones. El nombre moderno y completo de la institución es Instituto de Hidrodinámica. M. A. Lavrentiev SB RAS.
Después de la guerra, Lavrentiev no abandonó la investigación aplicada en defensa. En 1950, estudió los efectos de las ondas explosivas en los barcos y las técnicas para la limpieza de explosivos en los puertos. En 1953, en Sarov, comenzó a desarrollar un proyectil de artillería atómica; en ese momento, la Unión Soviética estaba por detrás de los Estados Unidos en este tema. Tres años después, aparece una munición con carga nuclear basada en el mecanismo de implosión. Esquemáticamente, el proyectil de Lavrentiev se parecía a un melón de Asia Central escondido dentro de la caja de municiones.
Mikhail Alekseevich falleció en 1980 a la edad de 79 años, dejando tras de sí un gigantesco legado científico y técnico y todo un ejército de estudiantes. Los problemas de defensa resueltos por Lavrentiev ocuparon una parte importante de la vida del científico, pero no fueron los únicos. La principal creación del académico fue la Novosibirsk Academgorodok, pero esta ya es completamente diferente. historia.
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