Francis Herbert Wenham

Un portret fotografic al lui Francis Herbert Wenham, 1866.

Francis Herbert Wenham ( 1824 - 1908 ) a fost inginer , inventator și pionier al aviației engleză . De-a lungul vieții sale, a depus numeroase brevete : cea mai importantă dintre invențiile sale a fost probabil proiectarea primului microscop stereoscopic cu adevărat eficient, care datează din anii de la mijlocul secolului al XIX-lea . ^[1] În domeniul aviației, el este amintit pentru că a proiectat, construit și testat primul tunel de vânt din istorie în 1871 , precum și pentru că a făcut o serie de descoperiri importante aerodinamice și pentru că a conceput o serie de soluții tehnice pentru aplicații importante. ^[2]

Primii ani

Francis Herbert Wenham s-a născut în Kensington , un cartier bogat din Londra , în 1824 ; fiul unui chirurg al armatei britanice , în timpul vieții sale s-a trezit întotdeauna în condiții economice confortabile. ^[3]

Wenham a început să fie interesat de problemele tehnice și științifice încă de la o vârstă fragedă, când era încă un copil. La vârsta de 14 ani a fost dus să vadă testarea unei nave pe Tamisa : aceasta, numită Arhimede , fusese construită pentru a demonstra superioritatea elicelor moderne cu șuruburi față de roțile mari cu palete folosite pe vaporele vremii. Probabil ca urmare a acestei experiențe, interesul tânărului Wenham sa concentrat asupra tehnologiilor de navigație și decizia de a deveni inginer naval și specialist în elice s-a maturizat în el. ^[3]

La 17 ani, a fost angajat ca ucenic de o companie din Bristol afiliată la Great Western Railway , care la acea vreme lucra la construirea celui de-al doilea vapor al său, SS Marea Britanie . S-a alăturat cabinetului de proiectare ca desenator și acolo a întâlnit unii dintre cei mai străluciți ingineri ai vremii: de exemplu Isambard Kingdom Brunel , proiectantul navei, și James Nasmyth , inginerul scoțian care inventase ciocanul cu aburi în 1839 .; cu aceasta din urmă a rămas în strânsă prietenie timp de 40 de ani. ^[3]

O fotografie făcută în Egipt în 1857 de Francis Frith, care l-a însoțit pe Wenham într-o călătorie destinată să aibă consecințe importante.

Părăsind Bristol și finalizând ucenicia, Wenham și-a început cariera prolifică ca inginer; în cursul vieții sale a proiectat (și uneori și-a construit el însuși) motoare cu aburi pentru nave, elice marine, motoare cu gaz și aer cald, cazane de înaltă presiune și alte artefacte legate în principal de propulsia cu abur și construcția navală. ^[3]

Fotografie și microscopie

La scurt timp după împlinirea a treizeci de ani, în 1856 , Wenham și-a abandonat temporar îndatoririle profesionale și a pornit într-o croazieră pe Nil la bordul unei nave pe care și-o proiectase el însuși. Barca, care la sfârșitul călătoriei a fost donată viceregelui Egiptului , a fost propulsată de patru elice, iar cazanul a generat abur la o presiune de peste 2 MPa , mult mai mult decât era normal pentru navele de atunci. ^[3] Wenham a fost însoțit în această călătorie de fotograful englez Francis Frith ; în timp ce acesta din urmă făcea fotografii de peisaje și monumente care aveau să-și facă averea la întoarcerea acasă, Wenham a aflat câteva noțiuni fundamentale de optică care probabil au avut o anumită importanță atunci când, mai târziu, s-a dedicat studiilor în domeniul microscopiei . ^[3]

Wenham se uitase pentru prima dată la microscop la vârsta de 13 ani, dar nu mai era interesat de subiect până la vârsta de 26 de ani; apoi, dezvoltând o remarcabilă abilitate în manipularea sticlei și metalului, s-a dedicat cu o anumită diligență microscopiei, scriind mai multe articole și brevetând diferite invenții legate de această chestiune. El a efectuat personal observații științifice microscopice și a fost, de asemenea, unul dintre pionierii fotomicrografiei , adică a fotografiei obiectelor mărite cu ajutorul unui microscop. El a studiat în mod constant modalități de îmbunătățire a microscoapelor existente, a proiectat el însuși anumite obiective și a construit multe piedestale cu caracteristici diferite capabile să garanteze cea mai bună iluminare posibilă a subiectului pe lamă sau să permită măsurători precise. ^[3]

Invenția stereoscopiei (tehnica care permite perceperea tridimensionalității imaginilor) de către Charles Wheatstone a fost anunțată în 1838 , iar în 1853 Wenham a fost printre primii care au luat în considerare posibilitatea aplicării acesteia la microscopurile binoculare: a scris mai multe articole pe această temă, au studiat prismele necesare pentru a obține imagini stereoscopice de calitate și au pus în practică unele dintre propunerile sale de meșteri specializați (a studiat un total de 17 modele de microscop binocular, dintre care doar o parte au fost construite). ^[3] Înainte de 1860, a finalizat construcția a ceea ce mulți consideră primul microscop stereoscopic eficient din istorie. ^{[1] [3]}

Clădirea care găzduiește sediul Societății Aeronautice Regale de la 4 Hamilton Place, Londra.

Aviaţie

În ciuda realizărilor sale importante în domeniile menționate anterior ale ingineriei navale și microscopiei, Wenham este astăzi cel mai bine amintit pentru contribuțiile sale la avansarea științelor aeronautice , cu o referire specială la aerodinamică - disciplină care în secolul al XIX-lea a fost rareori subiectul unei studiu strict științific . Aviația a rămas întotdeauna un interes căruia Wenham i-a dedicat doar în timpul liber ^[3], dar observațiile sale au fost întotdeauna amănunțite și raționamentul său riguros, atât de mult încât unele dintre intuițiile și descoperirile sale (atât de devreme încât a fost în realitate numărate printre precursorii zborului, mai degrabă decât printre pionieri ) ^[4] au avut influențe decisive asupra tuturor celor mai importanți experimentatori ai mașinilor zburătoare ulterioare și, în multe cazuri, sunt considerate încă pe deplin valabile astăzi. ^[2] Principalele contribuții ale lui Wenham la aviație includ: descoperirea că un raport ridicat al aspectului aripii îmbunătățește caracteristicile aerodinamice ale unei aripi ; ideea suprapunerii mai multor aripi pentru a obține o ridicare mai mare; intuiția necesității de a genera o variație asimetrică a ascensorului produs de cele două aripi (și deci a insuficienței unui cârm simplu) pentru a efectua un viraj real; și construirea primului tunel de vânt din istorie. ^[2] Mai mult, Wenham a fost cel care a inventat cuvântul englez avion , apoi trasat din italian cu „ avion ”. ^[3]

Raportul de aspect al aripii și multiplanul

În ianuarie 1866 a fost fondată la Londra Royal Aeronautical Society , o asociație de oameni de știință și ingineri cu scopul de a stimula și promova progresul aviației chiar și în domeniul aeronavelor „mai grele decât aerul”, cu o atenție deosebită studiului probleme legate de fizica zborului. ^[4] Wenham, cofondator al asociației, ^{[4] a} ținut un discurs important la prima întâlnire a membrilor societății din 27 iunie 1866 : a fost o prelegere, intitulată Despre locomoția aeriană și legile prin care Heavy Corpurile impulsionate prin aer sunt susținute („Despre locomoția aeriană și legile conform cărora corpurile grele scufundate într-un flux de aer primesc hrană”), în care a rezumat rezultatele observațiilor sale, experimentelor și studiilor aerodinamice. ^[5]

Cea mai importantă descoperire care a fost expusă cu această ocazie își are rădăcinile în aceeași călătorie în Egipt care a determinat Wenham să se intereseze de fotografie: de fapt, în Cairo , în 1858 , inginerul englez a studiat pentru prima dată. a închis aripile păsărilor și a încercat să construiască un model teoretic în jurul observațiilor sale. ^[2] Wenham descoperise, mai întâi, că curbura aripii este principalul factor care garantează ridicarea (adică împingerea ascendentă) și, în al doilea rând, că ridicarea maximă este generată în apropierea marginii anterioare a aripii. Din această a doua descoperire a rezultat deducerea că aripile cu deschidere ridicată și coardă redusă (adică lungi și înguste) garantează performanțe mai bune în ceea ce privește forța portantă generată, deoarece au o margine anterioară de extensie mai mare cu aceeași greutate și suprafață: din nou astăzi pentru mașinile zburătoare care necesită o ridicare ridicată la viteze nu prea mari (cum ar fi, de obicei, planorele ), sunt preferate aripile de acest tip, caracterizate printr-un factor de alungire ridicat (adică printr-un raport ridicat între valoarea de deschidere și cea a mijlocului şir). ^[2]

În prelegerea sa, ca și în documentul pe care îl scrisese în 1859, raportând primele sale rezultate, Wenham a susținut că, deși era necesar să se studieze principiile fizice ale zborului păsărilor, ideea de a imita aripile lumii animale în ordine a construi un avion a fost fundamental greșit: „În proiectarea unei mașini zburătoare, orice abatere [de la forma aripilor găsite în natură] este permisă, atâta timp cât sunt ținute cont de ipotezele teoretice ale zborului”. ^[2]

O altă idee pe care Wenham a avut-o în același 1866, expusă în aceeași lecție și destinată la rândul ei să aibă influențe mari, a fost aceea de a echipa aeronava cu mai multe aripi suprapuse, unite între ele și la nacela elicei prin catarguri și cabluri. pentru a crește suprafața portantă disponibilă fără a crește excesiv dimensiunile globale ale aeronavei. ^[5] Wenham a observat că stratul de aer de sub aripa unei păsări zburătoare este foarte subțire și a dedus că un mod eficient de a obține aripi înguste, dar robuste, cu o suprafață mare, ar putea fi suprapunerea mai multor suprafețe, ^[5] creând o „multiplan” (adică o aeronavă, cum ar fi un biplan sau un triplan, dar cu un număr și mai mare de aripi, până la șase sau mai multe).

Importanța conținutului discursului lui Wenham a fost recunoscută rapid de președintele Royal Aeronautical Society, ducele de Argyll ; articolul citit de Wenham a fost reimprimat de Octave Chanute în lucrarea sa din 1894 Progress in Flying Machines , de James Means în Aeronautical Annual din 1895 și de RAeS însăși într-o publicație din 1910 ; toate aceste reediții ale scrierii lui Wenham au fost vehiculate pe scară largă, iar influența lor a fost considerabilă. ^[2]

Proiecte Wenham pentru diverse structuri de aripi, 1866.

Experimente practice

Wenham nu a lăsat descoperirile sale să rămână limitate la un plan pur teoretic și, pentru a testa validitatea ideilor sale, a construit atât modele, cât și mașini la scară largă. Un prim model de multiplan, format din șase fâșii de hârtie rigidă lungă de nouăzeci de centimetri și vreo opt lățime, suprapuse astfel încât să semene, în ansamblu, cu un jaluzel venețian a fost încercat deja în același 1866: s-a verificat că, în prezența chiar și de o briză ușoară, acest aparat a generat o forță considerabilă în sus și că rulând cu multiplanul în mână, ridicarea generată de acesta a fost atât de mare încât a făcut dificilă pentru cei care îl țin să rămână cu picioarele pe pământ. ^[6] Succesul acestui prim model l-a determinat pe Wenham să construiască un alt model foarte similar, dar suficient de mare pentru a găzdui un pilot: acest aparat, echipat cu cinci aripi de 4,87 metri pe 38 de centimetri, a oferit un loc pentru pilot, pe care l-a fost plasat culcat într-o poziție predispusă; a fost testat într-o seară din noiembrie 1866, când sufla un vânt puternic și, într-adevăr, multiplanul a produs suficient de ridicat pentru a se ridica de la sol cu ​​echipajul său. Cu toate acestea, s-a dovedit a fi extrem de instabil și, după ce s-a ridicat câțiva metri, a scăpat de sub control (aparatul de aripă a fost pe jumătate distrus, dar pilotul nu a fost avariat). ^[6]

Lipsa stabilității multiplan Wenham s-a datorat lipsei unei cozi cu un empenaj adecvat al sistemului și a faptului că pânza aripilor nu era destul de strânsă și rigidă și era supusă unor vibrații mari cauzate de turbulența fluxului de aer; mai mult, poziția predispusă a pilotului, care a fost, de asemenea, aleasă ulterior de frații Wright pentru a reduce rezistența aerodinamică generată de pilotul însuși, nu a îmbunătățit stabilitatea aeronavei și, dimpotrivă, a făcut dificilă compensează derapajele cu mișcări instinctive.de corp. ^[7]

Proiectul ulterior al lui Wenham era încă destul de similar cu cel anterior: structura complexului de aripi era mai solidă și stabilă, dar cea mai interesantă noutate se referea la introducerea unui sistem, deși rudimentar, de propulsie și control. De fapt, pilotul avea la dispoziție două aripioare mobile, de fapt destul de asemănătoare cu vâslele, pe care le opera prin mișcarea picioarelor; în realitate, contribuția la propulsia dată de aceste elice ar fi fost neglijabilă, dar au avut și funcții (mult mai interesante) legate de controlul aeronavei: fiind operate într-un mod asimetric, de fapt, ar fi generat un dezechilibru de ridicare capabil, teoretic, să întoarcă avionul. ^{[6] [7]}

Nici măcar această aeronavă nu a avut succes în testele de zbor, din cauza unor probleme similare cu cele care au afectat modelul anterior. ^[7]

În ansamblu, importanța activității lui Wenham în domeniul aeronauticii rămâne în principal legată de sfera teoretică, iar ideile sale au avut mai multă influență decât realizările sale. ^[2]

Tunelul vântului

În timpul secolului al XVIII-lea și pentru cea mai mare parte a secolului al XIX-lea, singurul instrument la dispoziția cărturarilor pentru a efectua experimente de aerodinamică (pe lângă modelele zburătoare în mărime și scară completă) a fost așa-numitul „braț rotativ”, inventat de matematicianul englez Benjamin Robins în prima jumătate a secolului al XVIII-lea: era un instrument rudimentar, bazat pe un pivot și un braț la capătul căruia a fost fixat un model al aeronavei sau suprafeței aerodinamice de studiat; rotația brațului a generat un debit relativ de aer și a fost posibil să se facă măsurători care nu s-ar fi putut face pe un model zburător. Cu toate acestea, brațul rotativ avea defecte grave: mai întâi, forța centrifugă legată de rotație a făcut dificilă obținerea unor măsurători dinamometrice precise; și în al doilea rând modelul, rotindu-se în cercuri, a pus în mișcare tot aerul prin care a trecut și, prin urmare, a ajuns, în esență, să zboare prin propria turbulență : acest lucru, printre altele, a făcut aproape imposibilă măsurarea vitezei relative a aerului. modelul. ^[8]

Sir George Cayley a avut un anumit succes luând măsurători cu un braț rotativ, dar până la mijlocul secolului al XIX-lea era nevoie de ceva mai bun și acel ceva s-a dovedit a fi tunelul vântului . Un tunel de vânt este un obiect destul de simplu, format dintr-o secțiune destinată testelor și măsurătorilor care este traversată de un flux de aer; este produs de un ventilator amplasat în direcția vântului aeronavei sau modelului de aripă care urmează să fie testat și este făcut cât mai stabil și cât mai puțin turbulent posibil prin măsuri specifice. Un sistem de instrumente dinamometrice măsoară forțele care acționează pe suprafețele aerodinamice de interes, iar datele obținute sunt, în general, mult mai precise decât cele colectate cu un braț rotativ. ^[8]

Wenham, după ce a încercat cu puțin succes să efectueze măsurători cu un braț rotativ, a obținut de la Royal Aeronautical Society fondurile pentru construirea unui echipament mai avansat: astfel, în 1871 , s-a născut primul tunel de vânt din istorie. A fost format, așa cum a spus Wenham însuși, dintr-o cutie de aproximativ 12 metri lungime [aproximativ 3,65 metri] a cărei secțiune avea o latură pătrată de 18 inci [aproximativ 45 de centimetri], făcută pentru a direcționa fluxul de aer orizontal. Uniform. Un motor cu abur a acționat ventilatorul care a generat fluxul aerodinamic, care a fost canalizat în sus pentru a lovi modelul de conducta menționată mai sus. ^[8]

Wenham a măsurat ridicarea și tracțiunea produsă de diferite tipuri de suprafețe cu forme diferite și a obținut rezultate surprinzătoare. El a constatat că, la unghiuri de atac reduse, raportul de ridicare la tracțiune era foarte mare (în jurul valorii de 5 la 15 ° ): aceasta însemna că, prin înclinarea ușoară aripii curbate în raport cu un flux de aer, o creștere forța ar putea fi obținută de până la cinci ori mai mare decât rezistența pe care aripa însăși s-a opus avansării: un rezultat mult mai pozitiv decât ceea ce se prezisese pe baza ipotezelor aerodinamicii newtoniene și care părea să facă posibilă construirea aripilor capabilă de ridicare a încărcăturilor grele mult mai probabil. Mai mult, tunelul de vânt a demonstrat definitiv ideea lui Wenham că un raport de aspect ridicat îmbunătățește caracteristicile unei aripi. ^[8]

Moarte și moștenire

Francis Herbert Wenham a murit în 1908, după ce a avut timp să afle despre succesele fraților Wright și să fi asistat la prima răspândire a avionului și pe vechiul continent. Deși numele său este puțin cunoscut astăzi în afara domeniului mai specializat, importanța descoperirilor sale și influența operei sale sunt universal recunoscute de surse specializate. ^{[2] [8] [9]}

În calitate de om de știință și inginer autorizat, cercetările sale au fost retipărite de mai multe ori și au fost difuzate pe scară largă: faimosul său articol din 1866, care a devenit în curând un „clasic”, ^{[6] a} fost, de asemenea, citit cu atenție de Wilbur Wright și într-adevăr multe caracteristici ale Wright Flyer , considerate în general prima mașină motorizată mai grea decât aerul care a zburat efectiv, au fost inițial ideile lui Wenham. ^[2]

Notă

Bibliografie

• RG Grant, (ed. Italiană de R. Niccoli), Il volo - 100 anni di aviation , Novara, DeAgostini, 2003, ISBN 88-418-0951-5 .
• Donald D. Baals; William R. Corliss, Tunelele eoliene ale NASA , Washington, DC, Direcția de informații științifice și tehnice - Administrația Națională pentru Aeronautică și Spațiu, 1981. Accesat la 16 septembrie 2011 .

Elemente conexe

• Aerodinamica
• Planorul
• Tunel de vant
• Microscopie
• Istoria aviației

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre Francis Herbert Wenham

linkuri externe

• (EN) Carroll Gray, Francis Herbert Wenham , de pe site-ul web The Flying Machines . Adus pe 7 septembrie 2011 .
• (EN) Francis Wenham and the Short-Hoppers , of Century of Flight . Adus la 14 septembrie 2011 .
• (RO) Donald D. Baals, William R. Corliss, Whirling Arms and the First Wind Tunnels pe nasa.gov . Adus la 16 septembrie 2011 (arhivat din original la 13 aprilie 2008) .
• ( EN ) Francis (Frank) Herbert Wenham (1824 - 1908) , pe Hargrave - Aviație și Aeromodelism , Universitatea Monash . Adus la 14 septembrie 2011 .
• ( EN ) Avioane - Partea a IV-a - septembrie 1892 , despre Zborul este totul - Un muzeu virtual care acoperă invenția avionului . Adus la 14 septembrie 2011 .
• ( EN ) Francis H. Wenham, Despre locomoția aeriană și legile prin care corpurile grele impulsionate prin aer sunt susținute , după cum să zboare este totul - Un muzeu virtual care acoperă invenția avionului . Adus la 14 septembrie 2011 .
• ( RO ) LV Martin, Francis Wenham și Micrsocope , pe Armchair World . Adus la 14 septembrie 2011 .

Portalul aviației

Portal Biografii

Portal de inginerie