https://electroinfo.net

girniy.ru 1
«Труды Чебышева носят отпечаток гениальности.


Он изобрёл новые методы для решения многих трудных

вопросов, которые были поставлены давно и оставались

нерешёнными. Вместе с тем он поставил ряд новых

вопросов, над разработкой которых трудился

до конца своих дней».

А. А. Марков и И. Я. Сонин


1.Введение

Артиллерия с момента своего появления всегда играла исключительно важную роль в боевых действиях, зачастую становясь решающим фактором в разгроме противника. Русская артиллерия в описываемый период показала замечательные образцы умелого боевого применения, героизма и мужества. Несомненно, что изучение процессов преобразований, приведших к столь впечатляющим результатам, представляет большой интерес.

Я выбрал тему «Вклад Чебышева в развитие русской артиллерийской науки» потому что меня всегда интересовала военная история. Мне интересны этапы развития и усовершенствования орудий разных эпох. Я учусь в кадетском классе, и выбор был сделан не случайно.

Перед собой ставлю следующую цель: доказать значительный вклад Чебышева в развитие русской артиллерии. Для достижения этой цели я должен выполнить следующие задачи:


  • изучить материалы о развитии артиллерийской науки в XVIII – XIX веках;

  • познакомиться с биографией П.Л.Чебышева;

  • изучить материалы доказывающие вклад Пафнутия Львовича в русскую артиллерию и баллистику.



2. Краткая характеристика развития русской артиллерии в XVIII-XIX веках.

Особенно большой успех выпал на долю русской артиллерии в Полтавском сражении 1709 года. Как известно, в этом сражении шведские интервенты были разгромлены.

Новые успехи в развитии русской артиллерии были достигнуты в середине XVIII столетия, когда во главе стоял видный артиллерист П. И. Шувалов. В этот период была улучшена организация русской артиллерии, на вооружение были приняты новые, более совершенные орудия, повысился уровень боевой подготовки артиллеристов. П. И. Шувалов сумел привлечь к созданию новых орудий талантливых изобретателей, в частности полковника Мартынова и майора Данилова, при активном участии которых было создано такое замечательное орудие как единорог, продержавшийся на вооружении русской армии около ста лет. В основу проекта единорога была положена длинная гаубица, созданная еще при Петре I. Ствол этой гаубицы был удлинен до 8 калибров (Рис. 3, 4). Единороги предназначались для стрельбы снарядами всех видов: картечью, ядрами, разрывными гранатами, зажигательными снарядами. Они имели конические каморы, что значительно ускоряло их заряжание. Высокие боевые свойства единорогов были в полной мере подтверждены в результате их использования.


В последующих войнах боевая слава русской артиллерии росла и укреплялась. Русские артиллеристы с неизменным мастерством использовали в боях свое грозное оружие и добивались выдающихся боевых успехов. Много славных страниц в историю нашей Родины вписали артиллеристы, защищая Севастополь от англо-франко-турецких интервентов в 1854–1855 гг. В боях за Севастополь русские артиллеристы проявили много изобретательности, находчивости и героизма. На бастионах и на Малаховом Кургане интервенты потеряли от артиллерийского огня тысячи солдат и офицеров. Крымская война 1853–1856 гг. была последней войной, в которой участвовала гладкоствольная артиллерия. Гладкоствольные орудия уже не отвечали требованиям к артиллерии.

Начался период перевооружения всех армий нарезными орудиями, а затем появились и скорострельные орудия. В решение многих вопросов, связанных с созданием качественно новой материальной части артиллерии и выработкой основ ее боевого применения, русские ученые, конструкторы, изобретатели внесли свой значительный вклад.


3. Вклад П.Л.Чебышева в развитие русской артиллерийской науки.

3.1. Краткая биография.

Жизнь Пафнутия Львовича Чебышева небогата внешними событиями. Родился он 26 мая 1821 года в сельце Окатове, Боровского уезда, Калужской губернии. Известно, что грамоте он выучился у своей матери, а французскому языку и арифметике у двоюродной сестры. С детства П. Л. Чебышев немного хромал. Этот физический недостаток сыграл в его жизни большую роль. Прежде всего, он был причиной большой печали родителей Пафнутия, желавших видеть, своего старшего сына офицером. Данный физический недостаток доставил немало горя и самому мальчику, вынуждая его избегать детских игр и заставляя больше сидеть дома. Правда, дома Чебышев не сидел праздно, а занимался с большой любовью устройством различных механизмов и игрушек, которые мастерил собственными руками. В 1837 г. Пафнутий Львович поступил в Московский университет на 2-е отделение философского факультета и окончил его в 1841 г. «отличнейшим» из студентов. После защиты магистерской диссертации Чебышев в 1847 г. переехал в Петербург и определился адъюнктом в университет. В 1849 г. после, успешной защиты диссертации на тему «Теория сравнений» Пафнутий Львович Чебышев получил степень доктора математики и вскоре был избран экстраординарным профессором Петербургского университета.


В 1853 г. стал адъюнктом Петербургской академии наук за свои труды по теории чисел, в которых им были достигнуты результату мирового значения. С 1855 г. П. Л. Чебышев — член Артиллерийского отделения Военно-ученого комитета, с 1856 г.— член Ученого комитета Министерства народного просвещения, с конца 1858 г.— ординарный академик и с I860 г.— ординарный профессор Петербургского университета.

Благодаря выдающимся исследованиям в области математики П. Л. Чебышев был избран членом 25 разных академий и научных обществ: Петербургской, Парижской, Римской, Стокгольмской и др. Президент Парижской академии наук, известный математик Шарль Эрмит заявил, что Чебышев «является гордостью русской науки и одним из величайших математиков Европы», а профессор Стокгольмского университета Миттаг-Лефлер утверждал, что Чебышев — гениальный математик и один из величайших аналистов всех времен.

От Пафнутия Львовича идет математическая школа, носящая его имя. Последователями Чебышевской (иначе называемой Петербургской) математической школы были выдающиеся русские ученые: Е. И. Золотарев (1847-1878), А. А. Марков (1856-1922), А. М. Ляпунов (1857—Ш8), В. А. Стеклов (1863—1926), Герой Социалистического Труда академик А. Н. Крылов (1863—1945) и др. К этой школе принадлежат и известные во всем мире советские математики: С. Н. Бернштейн, И. М. Виноградов, Б. Н. Делоне и другие.

3.2. Усовершенствование артиллерийских орудий.

Огромный вклад в перевооружение русской артиллерии внесли такие выдающиеся ученые, как создатель отечественной математической школы Пафнутий Львович Чебышев (1821–1894); основоположник современного материаловедения профессор металлургии Михайловской артиллерийской академии Дмитрий Константинович Чернов (1839–1921); великий русский химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907), разработавший вид бездымного пороха, который был принят на вооружение морским ведомством. Непосредственно руководил техническим усовершенствованием материальной части артиллерии, постановкой артиллерийского образования и всеми мероприятиями в организации артиллерии товарищ (заместитель) генерал-фельдцейхмейстера с 1863 по 1877 гг. и первый начальник Главного артиллерийского управления генерал-адъютант Александр Алексеевич Баранцов (1810–1882). Крымская война показала, что будущее за нарезным оружием. Гладкоствольные орудия стреляли картечью всего лишь на 600–700 шагов, дальность же стрельбы из нарезного стрелкового оружия достигала 800–1000 шагов. Неудовлетворительной была и кучность боя гладкоствольных орудий.


Поэтому в области вооружения 60-е гг. XIX вв. ознаменовались переходом от гладкоствольных орудий к новым видам нарезной артиллерии. В 1860 г. на вооружение русской армии были приняты нарезные орудия, однако они еще заряжались с дульной части ствола. Эти орудия явились промежуточным звеном между гладкоствольными дульнозарядными и шедшими им на смену нарезными казнозарядными орудиями (рис.2). Два образца таких орудий открывают в зале собрание артиллерийских орудий. Это 4-фунт. (87-мм) полевая бронзовая нарезная пушка на деревянном лафете (рис.5), принятая на вооружение в 1860г., и ствол 12-фунт. (122-мм) крепостной гладкоствольной пушки, переделанный в нарезной. Представленные к этим пушкам снаряды показывают эволюцию боеприпасов. Прежние ядра были заменены продолговатыми снарядами с цинковыми выступами. В момент выстрела снаряд, двигаясь по каналу ствола, получал вращательное движение, в результате чего достигалась устойчивость снаряда на траектории. Но, несмотря на такой шаг, вперед, по-прежнему слабыми сторонами названных орудий оставались низкая скорострельность и прорыв пороховых газов между поверхностью снаряда и стенками ствола. Специалисты видели решение этих проблем в заряжении орудий с казенной части и разработке надежных затворов.

В 1845 году, вышел в свет труд Чебышева «Опыт элементарного исследования теории вероятностей». Популярность изложения Чебышевым сложных вопросов теории вероятностей позволила широко использовать ее для такой важной практической цели, как артиллерийская стрельба.

В 1856 г. известный русский ученый П. Л. Чебышев по заданию Артиллерийского отделения Военно-ученого комитета спроектировал цилиндроконические снаряды для стрельбы из гладкоствольных орудий. В результате исследований устройства таких снарядов и на основании математических расчетов ученый доказал бесполезность дальнейших работ в области усовершенствования гладкоствольной артиллерии. П. Л. Чебышев сделал выводы о необходимости разработки специальных средств для придания снаряду устойчивости во время полета.


Исследования по квадратурным формулам и по теории интерполирования были тесно связаны с задачами, которые ставились перед Чебышевым в артиллерийском отделении военно-учёного комитета (приложение 2.2).

Академик П.Л. Чебышев по просьбе главного командира Кронштадтского порта разработал чугунный продолговатый снаряд со стальной головкой, предназначенный для обстрела английских и французских металлических кораблей. Трудность состояла в том, что орудия в крепости были гладкоствольными. В связи с этим П.Л. Чебышевым был исследован вопрос об устойчивости снаряда в полете и сделан вывод о необходимости вращательного полета снаряда. Известный “параллелограмм Чебышева” получил практическое применение на флоте в системах управления артиллерийской стрельбой. За труды в области артиллерии П.Л. Чебышев был избран почетным членом Артиллерийской академии.


3.3. Вклад Чебышева в баллистику.

Баллистика (нем. Ballistik, от греч. ballo — бросаю), наука о движении артиллерийских снарядов, пуль, мин, авиабомб, реактивных снарядов, гарпунов и т.п. Баллистика — военно-техническая наука, основывающаяся на комплексе физико-математических дисциплин. Различают внутреннюю и внешнюю баллистику.

Внутренняя баллистика изучает движение снаряда (или другие тела, механическая свобода которого ограничена определенными условиями) в канале ствола орудия под действием пороховых газов, а также закономерности других процессов, происходящих при выстреле в канале ствола или каморе пороховой ракеты. Большое практическое значение имеют поправочные формулы внутренней Б., позволяющие определить изменение дульной скорости снаряда и максимального давления в канале ствола при изменении различных условий заряжания.

Баллистическое проектирование орудий является второй основной (обратной) задачей внутренней балистики. Оно определяет конструктивные данные канала ствола и условия заряжания, при которых снаряд данного калибра и массы получит при вылете заданную (дульную) скорость. Для выбранного при проектировании варианта ствола рассчитываются кривые изменения давления газов в канале ствола и скорости снаряда по длине ствола и по времени. Эти кривые являются исходными данными при проектировании артиллерийской системы в целом и боеприпасов к ней.


Внешняя баллистика изучает движение неуправляемых снарядов (мин, пуль и т.д.) после вылета их из канала ствола (пускового устройства), а также факторы, влияющие на это движение. Основное её содержанием являются изучение всех элементов движения снаряда и сил, действующих на него в полёте (сила сопротивления воздуха, сила тяжести, реактивная сила, сила, возникающая в период последействия, и др.); движения центра масс снаряда с целью расчёта его траектории (рис.7) при заданных начальных и внешних условиях, а также определение устойчивости полёта и рассеивания снарядов. Важными разделами внешней балистики являются теория поправок, разрабатывающая методы оценки влияния факторов, определяющих полёт снаряда, на характер его траектории, а также методика составления таблиц стрельбы и способов нахождения оптимального внешне баллистического варианта при проектировании артиллерийской систем. Теоретическое решение задач о движении снаряда и задач теории поправок сводится к составлению уравнений движения снаряда, упрощению этих уравнений и отысканию методов их решения. С появлением управляемых снарядов внешней баллистики сыграла большую роль в становлении и развитии теории полёта, став частным случаем последней.

В курсах баллистики до наших дней сохранилась формула Чебышёва для вычисления дальности полета снаряда (приложение 2.1).


4. Заключение

В результате исследовательской работы я выяснил. Артиллерия с момента своего появления всегда играла исключительно важную роль. Русская артиллерия в описываемый период показала замечательные образцы умелого боевого применения, процессов преобразований, приведших к столь впечатляющим результатам. Вклад П.Л.Чебышева в развитие артиллерии и баллистики имеет мировое значение.

В течение сорока лет Чебышев:


  • принимал активное участие в работе военного артиллерийского ведомства;
  • работал над усовершенствованием дальнобойности и точности артиллерийской стрельбы;


  • в курсах баллистики до наших дней сохранилась формула Чебышева для вычисления дальности полета снаряда;

  • своими трудами Чебышев оказал большое влияние на развитие русской артиллерийской науки.

В дальнейшем я решил продолжить изучение артиллерийской науки в Балтийском Военно-Морском Институте имени адмирала Ф.Ф.Ушакова, в г.Калининграде, на факультете ракетно-артиллерийского вооружения надводных кораблей.


5. Библиографический список

  1. Глейзер Г.И. История математики в школе VII-VIII классы; IV-VI классы; IX – X классы. М.: Просвещение, 1980 - 1983

  2. Делоне Б. Н., Петербургская школа теории чисел, М.-Л., 1947 (лит.).

  3. Журнал «Санкт – Петербургский университет», 2005

  4. Крылов А. Н., Пафнутий Львович Чебышев. Биографический очерк, М.-Л., 1944

  5. Ляпунов А. М., Пафнутий Львович Чебышев, в кн.: Чебышев П. Л., Избр. математические труды, М.-Л., 1946

  6. Математическая энциклопедия. - 2-е изд., - М.: Наука, 1993

  7. Научное наследие П. Л. Чебышева, в. 1-2, М.-Л., 1945

  8. Советский энциклопедический словарь/Гл. ред. А. М. Прохоров. - 3-е изд.- М.: Сов. энциклопедия, 1984

  9. Стеклов В. А., Теория и практика в исследованиях Чебышева. Речь..., П., 1921; Крылов А. Н., Пафнутий Львович Чебышев. Биографический очерк, М.-Л., 1944

  10. Стройк Д.Я. Краткий очерк истории математики: Пер. с нем. Изд. 4-е. М.: Наука, 1984

  11. Чебышев // Большая советская энциклопедия. Изд. 2-е. М.: Гл. науч. изд-во “Большая советская энциклопедия”, 1954. Т. 47.



Приложение 1.

Рисунок 1. Пафнутий Львович Чебышев(1821-1894г.).




Рисунок 2. Образцы русской артиллерии а - секретная гаубица Шувалова; б - корабельное орудие 1855 г.; в - полевая пушка 1877 г.; г - осадное (152-лш) орудие 1877 г.


Рисунок 3. Ствол секретной гаубицы П.И.Шувалова.





Рисунок 4. Чертёж секретной гаубицы Шувалова.





Рисунок 5. 4-х фунтовая пушка на деревянном лафете.





Рисунок 6. Профессора физико-математического факультета. 1868 г. Сидят слева направо: А.В.Советов, П.Л.Чебышев, К.Ф.Кесслер, А.Н.Савич, П.А.Пузыревский, Ф.В.Овсянников, А.Н.Бекетов; стоят: Р.Э.Ленц, Н.А.Меншуткин, А.С.Фаминцын, О.И.Сомов, Ф.Ф.Петрушевский, Д.И.Менделеев, А.Н.Коркин




Рисунок 7. Элементы траектории и основные силы, действующие на снаряд в полёте.

S - вершина траектории; С - точка падения; v0 - начальная скорость снаряда; Qo - угол бросания: х и y - текущая горизонтальная дальность и высота полёта снаряда; Y - высота траектории; Х - полная горизонтальная дальность полёта; vc - конечная скорость снаряда; Qc - угол падения; R - сила сопротивления воздуха, q - сила тяжести.

Приложение 2.

1. Определим основные параметры баллистического движения: время подъема на максимальную высоту, максимальную высоту, время и дальность полета. Вследствие независимости движений по координатным осям подъем снаряда по вертикали определяется только проекцией начальной скорости


L=sin2α

2. Ниже приведена формула, основанная на многочленах Чебышева.

Численное определение однократного интеграла называется механической квадратурой, а соответствующие формулы численного интегрирования - квадратурными.

Заменяя подинтегральную функцию каким-либо интерполционным многочленом, мы получим квадратурные формулы вида



где

xk - выбранные узлы интерполяции;

Ak - коэффициенты, зависящие только от выбора узлов, но

не от вида функции (k=0,1,2,........, n).

R - остаточный член, или погрешность квадратурной формулы.