Алан Арнольд Гриффит - Alan Arnold Griffith

Алан Арнольд Гриффит
Родился(1893-06-13)13 июня 1893 г.
Умер13 октября 1963 г.(1963-10-13) (в возрасте 70 лет)
Альма-матерЛиверпульский университет
ИзвестенУсталость металла
НаградыЧлен Королевского общества[1]
Научная карьера
УчрежденияRoyal Aircraft Establishment

Алан Арнольд Гриффит CBE ФРС[1] (13 июня 1893 - 13 октября 1963), сын викторианского писателя-фантаста Джордж Гриффит, был английским инженером. Среди многих других работ он наиболее известен своей работой над стресс и разрушение металлов, которое теперь известно как усталость металла, а также будучи одним из первых, кто разработал прочную теоретическую основу для реактивный двигатель. Гриффит продвинутый осевой поток турбореактивный конструкции двигателей, были неотъемлемой частью создания первого в Великобритании действующего осевой поток турбореактивный двигатель, Метрополитен-Виккерс F.2 который впервые был успешно запущен в 1941 году. Гриффит, однако, не принимал непосредственного участия в фактическом производстве двигателя после того, как в 1939 году он перешел из руководства двигательным отделом в Royal Aircraft Establishment начать работу в Rolls-Royce.

Ранняя работа

А. А. Гриффит сначала получил степень в области машиностроения, затем получил степень магистра и доктора наук Ливерпульский университет. В 1915 году он был принят в Королевский авиационный завод в качестве стажера, прежде чем поступить на физико-инструментальный факультет в следующем году в то, что вскоре было переименовано в Королевское авиастроительное учреждение (или RAE).

Некоторые из ранних работ Гриффита широко используются и сегодня. В 1917 г. он и Г. И. Тейлор предложил использовать мыльные пленки как способ изучения проблем стресса. Используя этот метод, мыльный пузырь вытягивают между несколькими нитями, представляющими края исследуемого объекта, а окраска пленки показывает характер напряжения. Этот и аналогичные методы использовались еще в 1990-х годах, когда стали доступны компьютеры, позволяющие проводить тот же эксперимент численно.

Усталость металла

Гриффит более известен своим теоретическим исследованием природы напряжения и разрушения из-за распространения трещин в хрупких материалах, таких как стекло. Его критерий распространения трещин также применим к упругим материалам.[2] В то время обычно считалось, что прочность материала составляет E / 10, где E - Модуль для младших для этого материала. Однако было хорошо известно, что эти материалы часто выходили из строя всего лишь на тысячную часть этого прогнозируемого значения. Гриффит обнаружил, что в каждом материале есть множество микроскопических трещин, и предположил, что эти трещины снижают общую прочность материала. Это произошло потому, что любая пустота в твердом теле или царапина на поверхности концентрируют напряжение, факт, уже хорошо известный машинистам в то время. Эта концентрация позволила бы напряжению достичь E / 10 на вершине трещины задолго до того, как это могло бы показаться для материала в целом.

На основе этой работы Гриффит сформулировал свою собственную теорию хрупкое разрушение, используя эластичный энергия деформации концепции[3]. Его теория описывала поведение распространения трещин эллиптической природы с учетом задействованной энергии. Гриффит описал распространение трещины в терминах внутренней энергии системы в связи с увеличением длины трещины, описываемым уравнением

где тые представляет собой упругую энергию материала, Us представляет площадь поверхности трещины, W представляет работу, приложенную к образцу, а dc представляет увеличение длины трещины.[4]

Это соотношение было использовано для установления Критерий Гриффита, в котором говорится, что, когда трещина может распространяться достаточно, чтобы разрушить материал, выигрыш в поверхностной энергии равен потере энергии деформации и считается первичным уравнением для описания хрупкого разрушения. Поскольку высвобождаемая энергия деформации прямо пропорциональна квадрату длины трещины, только тогда, когда трещина относительно короткая, ее энергия, необходимая для распространения, превышает доступную для нее энергию деформации. При превышении критической длины трещины Гриффит трещина становится опасной.

Работа, опубликованная в 1920 г. («Явление разрыва и течения в твердых телах»),[5] привело к новому осознанию во многих отраслях. «Затвердевание» материалов из-за таких процессов, как холодная прокатка больше не было загадкой. Конструкторы самолетов смогли лучше понять, почему их конструкции потерпели неудачу, хотя они были построены намного прочнее, чем считалось необходимым в то время, и вскоре обратились к полировке своих металлов для удаления трещин. Позднее эта работа была обобщена Г. Р. Ирвин и по Р. С. Ривлин и А. Г. Томас,[6][7] в 1950-х годах, применяя его практически ко всем материалам, не только к хрупким.

Турбинные двигатели

В 1926 году он опубликовал основополагающую статью, Аэродинамическая теория конструкции турбины. Он продемонстрировал, что плохие характеристики существующих турбин вызваны недостатком их конструкции, из-за которого лопасти "летели сваливаются", и предложил современный профиль форма лопастей, которая значительно улучшит их характеристики. В статье описан двигатель, использующий осевой компрессор и двухступенчатая турбина, первая ступень приводит в движение компрессор, а вторая - вал отбора мощности, который будет использоваться для привода гребного винта. Этот ранний дизайн был предшественником турбовинтовой двигатель. В результате работы Комитет по авиационным исследованиям поддержал небольшой эксперимент с одноступенчатым осевым компрессором и одноступенчатой ​​осевой турбиной. Работа была завершена в 1928 г. с действующим испытанным проектом, и с этого серия дизайнов был построен для проверки различных концепций.

Примерно в это время Фрэнк Уиттл написал диссертацию по газотурбинным двигателям, используя центробежный компрессор и одноступенчатая турбина, оставшаяся мощность в выхлопе используется для толкания самолета. Уиттл отправил свой доклад в Министерство авиации в 1930 году, который передал его Гриффиту для комментариев. Указав на ошибку в расчетах Уиттла, он заявил, что большой фронтальный размер компрессора сделает его непрактичным для использования в самолетах, а сам выхлоп обеспечит небольшую тягу. Министерство авиации ответило Уиттлу, что его не интересует конструкция. Уиттл был удручен, но его друзья из Королевских ВВС все равно убедили его реализовать. К счастью для всех участников, Уиттл запатентовал свой дизайн в 1930 году и смог начать Power Jets в 1935 г. для его разработки.

Гриффит стал главным научным сотрудником новой лаборатории Министерства авиации в Южном Кенсингтоне. Именно здесь он изобрел противоток газовая турбина, в которой используются диски компрессора / турбины, попеременно вращающиеся в противоположных направлениях. Между каждым вращающимся диском не требовалось стационарного статора. Было трудно спроектировать лопасти для правильной величины завихрения и затруднить изоляцию проточного канала компрессора от проточного канала турбины. В 1931 году он вернулся в РАЭ, чтобы возглавить исследования двигателей, но только в 1938 году, когда он стал главой моторного отдела, работа по созданию осевого двигателя началась. Хейн Констан присоединился к двигательному отделу, который начал работу над оригинальной конструкцией без противотока Гриффита, сотрудничая с производителем паровых турбин. Метрополитен-Виккерс (Метровик).

После короткого периода работа Уиттла в Power Jets начала значительно прогрессировать, и Гриффит был вынужден пересмотреть свою позицию по использованию реактивного двигателя непосредственно для движения. В результате быстрой модернизации в начале 1940 г. Метровик Ф.2, который впервые прошел в том же году. F.2 был готов к летным испытаниям в 1943 году с тягой 2150 фунт-сил и летал в качестве замены двигателей на Глостер Метеор, F.2 / 40 в ноябре. Меньший двигатель привел к дизайну, который больше походил на Мне 262, и улучшила производительность. Тем не менее двигатель посчитали слишком сложным и не запустили в производство.

Гриффит присоединился Rolls-Royce в 1939 г. проработал там до 1960 г., когда ушел в отставку с должности главного научного сотрудника компании. Он предложил устройство для простого турбореактивный двигатель, в котором использовался осевой компрессор и одноступенчатая турбина, названный AJ.65 и переименованный в Avon, первый серийный осевой турбореактивный двигатель. Он также предложил различные схемы байпаса, некоторые из которых были слишком сложными с механической точки зрения, но в том числе одна, в которой использовались 2 последовательно соединенных компрессора, что впоследствии использовалось в Конвей. Гриффит провел новаторские исследования вертикальный взлет и посадка (VTOL) технологии, такие как управление в режиме висения с помощью воздушных струй. Он предлагал использовать батареи небольших, простых, легких турбореактивных двигателей для подъема самолета в горизонтальном положении, «плоский подъёмник». Управление при наведении курсора исследовалось с помощью Установка для измерения тяги Rolls-Royce но с использованием обычных двигателей с отклоненной тягой. Батарея из 4 лифтовых двигателей использовалась в Короткий SC.1.

Наследие

Память Гриффита в ежегодном Медаль и премия А. А. Гриффита награжден Институт материалов, минералов и горного дела для взносов в материаловедение.[8]

использованная литература

  1. ^ а б Руббра, А. А. (1964). «Алан Арнольд Гриффит 1893-1963». Биографические воспоминания членов Королевского общества. 10: 117–126. Дои:10.1098 / рсбм.1964.0008.
  2. ^ Новая наука о прочных материалах, Дж. Э. Гордон, Penguin Books Ltd., Хармондсворт, Миддлсекс, Англия, 1968, стр.102.
  3. ^ Куррер, К.-Э. (2018). История теории структур. В поисках равновесия. Берлин: Wiley. стр. 1003f. ISBN  978-3-433-03229-9.
  4. ^ Вахтман, Джон Б.; Кэннон, У. Роджер; Мэтьюсон, М. Джон (2009). Механические свойства керамики (2-е изд.). Хобокен, штат Нью-Джерси: Wiley. ISBN  9780471735816. OCLC  441886963.
  5. ^ Гриффит, А. А. (1921). «Явления разрыва и течения в твердых телах». Философские труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки. 221 (582–593): 163–198. Bibcode:1921РСПТА.221..163Г. Дои:10.1098 / рста.1921.0006.
  6. ^ Rivlin, R. S .; Томас, А. Г. (1953). «Разрыв резины. I. Характеристическая энергия разрыва». Журнал науки о полимерах. 10 (3): 291. Bibcode:1953JPoSc..10..291R. Дои:10.1002 / pol.1953.120100303.
  7. ^ Томас, А. Г. (1994). «Развитие механики разрушения эластомеров». Химия и технология резины. 67 (3): 50–67. Дои:10.5254/1.3538688.
  8. ^ «Медали и призы IOM3». Институт материалов, минералов и горного дела. Получено 28 мая 2013.

внешние ссылки