Алан Арнольд Гриффит CBE FRS [1] (13 июня 1893 г. – 13 октября 1963 г.) был английским инженером и сыном викторианского писателя-фантаста Джорджа Гриффита . Среди многих других вкладов он наиболее известен своей работой по напряжению и разрушению металлов, которая сейчас известна как усталость металла , а также был одним из первых, кто разработал прочную теоретическую основу для реактивного двигателя . Передовые конструкции осевого турбореактивного двигателя Гриффита были неотъемлемой частью создания первого в Великобритании эксплуатируемого осевого турбореактивного двигателя, Metropolitan-Vickers F.2 , который впервые успешно запустился в 1941 году. Однако Гриффит имел мало прямого участия в фактическом производстве двигателя после того, как в 1939 году он перешел с должности руководителя отдела двигателей в Королевском авиационном предприятии, чтобы начать работу в Rolls-Royce .
AA Griffith получил первую степень по машиностроению, затем степень магистра и доктора в Ливерпульском университете . В 1915 году он был принят на Королевский авиазавод в качестве стажера, а в следующем году присоединился к кафедре физики и приборов в том, что вскоре было переименовано в Королевское авиационное учреждение (или RAE).
Некоторые из ранних работ Гриффита широко используются и сегодня. В 1917 году он и GI Taylor предложили использовать мыльные пленки как способ изучения проблем напряжения. Используя этот метод, мыльный пузырь растягивается между несколькими струнами, представляющими края изучаемого объекта, а окраска пленки показывает закономерности напряжения. Этот метод и подобные ему использовались вплоть до 1990-х годов, когда компьютерное моделирование взяло верх.
Гриффит более известен теоретическим исследованием природы напряжения и разрушения из-за распространения трещин в хрупких материалах, таких как стекло. Его критерий распространения трещин также применим к эластичным материалам. [2] В то время считалось, что прочность материала равна E/10, где E — модуль Юнга для этого материала. Однако было хорошо известно, что эти материалы часто разрушаются всего при тысячной доле этого прогнозируемого значения. Гриффит обнаружил, что в каждом материале есть много микроскопических трещин, и выдвинул гипотезу, что эти трещины снижают общую прочность материала. Это было связано с тем, что любая пустота в твердом теле или царапина на поверхности концентрирует напряжение, факт, уже хорошо известный машинистам в то время. Эта концентрация позволила бы напряжению достичь E/10 на кончике трещины задолго до того, как это могло бы показаться для материала в целом.
Из этой работы Гриффит сформулировал свою собственную теорию хрупкого разрушения , используя концепции упругой энергии деформации . Его теория описывала поведение распространения трещины эллиптической природы, рассматривая вовлеченную энергию. Гриффит описал распространение трещины в терминах внутренней энергии системы по отношению к увеличению длины трещины, описываемой уравнением
где U e представляет собой упругую энергию материала, U s представляет собой площадь поверхности трещины, W представляет собой работу, приложенную к образцу, а dc представляет собой увеличение длины трещины. [3]
Это соотношение было использовано для установления критерия Гриффита , который гласит, что когда трещина способна распространяться достаточно, чтобы разрушить материал, то прирост поверхностной энергии равен потере энергии деформации, и считается основным уравнением для описания хрупкого разрушения. Поскольку высвобождаемая энергия деформации прямо пропорциональна квадрату длины трещины, только когда трещина относительно коротка, ее потребность в энергии для распространения превышает доступную ей энергию деформации. За пределами критической длины трещины Гриффита трещина становится опасной.
Работа, опубликованная в 1920 году («Явление разрыва и течения в твердых телах»), [4] привела к новому пониманию во многих отраслях промышленности. «Упрочнение» материалов из-за таких процессов, как холодная прокатка, больше не было загадкой. Проектировщики самолетов смогли лучше понять, почему их конструкции терпели неудачу, даже несмотря на то, что они были построены намного прочнее, чем считалось необходимым в то время, и вскоре обратились к полировке металлов для удаления трещин. Эта работа была позже обобщена GR Irwin и RS Rivlin и AG Thomas , [5] [6] в 1950-х годах, применив ее почти ко всем материалам, а не только к хрупким.
В 1926 году Гриффит опубликовал основополагающую работу «Аэродинамическая теория проектирования турбин » [7] . Он продемонстрировал, что плачевная производительность существующих турбин была вызвана недостатком в их конструкции, из-за которого лопатки «летали со срывом», и предложил современную форму аэродинамического профиля для лопаток, которая значительно улучшила бы их производительность. Далее в работе описывался двигатель, использующий осевой компрессор и двухступенчатую турбину, первая ступень приводила в действие компрессор, вторая — вал отбора мощности, который приводил в действие пропеллер. Эта ранняя конструкция была предшественником турбовинтового двигателя . В результате работы Комитет по исследованиям в области аэронавтики поддержал маломасштабный эксперимент с одноступенчатым осевым компрессором и одноступенчатой осевой турбиной. Работа была завершена в 1928 году с рабочей испытанной конструкцией, и на ее основе была построена серия конструкций для проверки различных концепций.
Примерно в это же время Фрэнк Уиттл написал диссертацию о турбинных двигателях, используя центробежный компрессор и одноступенчатую турбину, а оставшаяся мощность выхлопа использовалась для движения самолета. В 1930 году Уиттл отправил свою работу в Министерство авиации , которое передало ее 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 будет обеспечивать небольшую тягу. Министерство авиации ответило Уиттлу, что они не заинтересованы в конструкции. Уиттл был удручен, но друзья в Королевских ВВС убедили его все равно заняться этой идеей. Уиттл запатентовал свою конструкцию в 1930 году и смог начать Power Jets в 1935 году для ее разработки.
Гриффит стал главным научным сотрудником, отвечающим за новую лабораторию Министерства авиации в Южном Кенсингтоне. Именно здесь он изобрел противоточную газовую турбину, которая использовала диски компрессора/турбины, попеременно вращающиеся в противоположных направлениях. Между каждым вращающимся диском не требовалось никакого стационарного статора. Было сложно спроектировать лопатки для правильного количества завихрения и трудно герметизировать проход потока компрессора от прохода потока турбины. В 1931 году он вернулся в RAE, чтобы взять на себя руководство исследованиями двигателей, но только в 1938 году, когда он стал главой отдела двигателей, работа над разработкой осевого двигателя фактически началась. Хейн Констант присоединился к отделу двигателей, который начал работу над оригинальной непротивоточной конструкцией Гриффита, работая с производителем паровых турбин Metropolitan-Vickers (Metrovick).
После короткого периода работы Уиттла в Power Jets начали приносить значительный прогресс, и Гриффит был вынужден пересмотреть свою позицию относительно использования реактивной струи непосредственно для движения. Быстрая переделка в начале 1940 года привела к созданию Metrovick F.2 , который впервые поднялся в воздух в том же году. F.2 был готов к летным испытаниям в 1943 году с тягой 2150 фунтов силы и летал в качестве сменных двигателей на Gloster Meteor , F.2/40 в ноябре. Меньший двигатель привел к конструкции, которая стала значительно больше похожа на Me 262 , и имела улучшенные характеристики. Тем не менее, двигатель посчитали слишком сложным и не запустили в производство.
Гриффит присоединился к Rolls-Royce в 1939 году, проработав там до 1960 года, когда он ушел на пенсию с поста главного научного сотрудника компании. Он предложил схему простого турбореактивного двигателя, который использовал осевой компрессор и одноступенчатую турбину, названную AJ.65 и переименованную в Avon , первый серийный осевой турбореактивный двигатель компании. Он также предложил различные схемы байпаса, некоторые из которых были слишком сложными механически, но в том числе одну, которая использовала 2 компрессора последовательно, впоследствии использованную в Conway . Гриффит провел пионерские исследования в области технологии вертикального взлета и посадки (VTOL), такие как управление в висении с помощью воздушных струй. Он предложил использовать батареи небольших, простых, легких турбореактивных двигателей для подъема самолета в горизонтальном положении, «flat-riser». Управление в висении исследовалось с помощью Rolls -Royce Thrust Measuring Rig, но с использованием обычных двигателей с отклоненной тягой. В Short SC.1 использовалась батарея из четырех подъемных двигателей .
Гриффит отмечен ежегодной медалью и премией А.А. Гриффита, присуждаемыми Институтом материалов, минералов и горного дела за вклад в материаловедение . [8] Премия была прекращена в 2021 году.
