С.П. Стрелков
Две "задачки" (из прошлого)
В начале тридцатых годов в ЦАГИ разрабатывались проекты больших аэродинамических труб, ныне труб Т-101 и Т-104 и др.
Все эти трубы имеют открытую рабочую часть. Начиная с 1935 года мне довелось заниматься исследованием физических причин
возникновения вредных колебаний давления воздуха в таких трубах. Первые опыты с аэродинамическими трубами этого типа
показали наличие сильных вибраций при определенных режимах работы трубы, или в некоторых диапазонах изменения скорости
потока. Вибрации при большой скорости потока довольно значительны и препятствуют нормальной работе в трубе и ближайших
помещениях, и даже могут угрожать целости стенок трубы и окружающих сооружений. Вибрации или, как их тогда называли,
"пульсации", наблюдались, как у нас, так и за границей, при пуске первых труб со свободной струей. Чисто эмпирическим
путем были найдены некоторые способы ослабления пульсаций. Но физические причины и законы возникновения колебаний
тогда по существу известны не были. В литературе приводились лишь сведения качественного характера и некоторые
соображения о возможной физической картине с ссылкой на аналогию с органными трубами. В ЦАГИ решено было
предпринять подробное физическое исследование явления пульсаций в аэродинамических трубах со свободной струей.
В 1935 году организована по договору с НИИФ МГУ специальная группа из физиков и сотрудников ЦАГИ, которая
начала свою работу в БПТИЛ ЭАО в отделе Константина Константиновича Баулина, под его непосредственным руководством.
От МГУ в эту группу входили Григорий Авксентьевич Бендриков и пишущий эти строки, а от ЦАГИ Эммануил Петрович Шубин
(физик, только что окончивший МГУ) и Юрий Георгиевич Захаров.
На первых порах, как нам посоветовал К.К.Баулин, мы занялись созданием подходящих физических приборов для
измерения переменного давления. Тогда не было нужных готовых приборов. Применявшейся еще в прошлом столетии
"шайбой Морея" можно измерить частоту колебаний, но измерения амплитуды и фазы были очень ненадежны. В то время
большинство физиков работало "по старинке" - все приборы делали сами, сейчас только иногда приходится делать так.
Измерительные приборы разрабатывали и изготовляли сами. В основе нашего прибора лежал относительно грубый
конденсаторный микрофон, пригодный для измерения статического и динамического давления в потоке воздуха
(мы назвали его "приемником давления"). Диапазон частот был известен только ориентировочно, амплитуды неизвестны
совсем. Шли практически ощупью. Регистрирующая система, превращающая давления в колебания электрического тока,
была сделана при помощи радио генератора высокой частоты с двумя контурами. Система простая и удобная с выходом
по току, прямо на шлейфовый осциллограф. Простота, конечно, достигалась после длительной наладки.
Такими приборами измерялись давления в нескольких точках работающей трубы (по крайней мере в двух) и
записывались на осциллографе. Были довольно подробно исследованы колебания во всех моделях труб, стоявших в
то время в "зале мелких опытов" (Т-4, Т-20, Т-23) и в трубах Т-5 и Т-1.
Как во всякой экспериментальной работе, порой бывали курьезные случаи. Для предупреждения всяких неожиданных
"открытий" вначале все принципиальные опыты проверялись по нескольку раз, и различными экспериментаторами, и
только после нескольких взаимных проверок и сравнений результат считался верным. Но был, например, и такой случай,
правда, несколько иного характера.
Лабораторию ЦАГИ посещал высокий гость, забыл уже кто это был. Нас предупредили, что следует продемонстрировать
установку для измерения колебаний в трубе Т-5. Как обычно в таких случаях подготовка прошла в суматохе и спешке перед
визитом. Все в порядке. Гости приближаются, труба запущена, аппаратура включена. Смотрю на экран катодного
осциллографа и ужас! Колебания исчезли. Там, где должны быть четкие периодические колебания - ровная линия.
Наверное, кто-то из своих или гостей задел ногой и теперь ищи где, да еще при таком стечении народа. Бросился к
наиболее опасному месту, смотрю на экран издали, все вдруг "заработало". Четкие колебания. Что-то немного неладно --
ну да сейчас уж неважно. Демонстрация прошла великолепно, рассказал все как полагается.
После подходит ко мне техник и улыбается. Включает прибор и показывает "явление". Оказывается, когда я отвернулся,
он изменил наскоро положение ручек прибора и, стоя в стороне, незаметно схватил рукой провод входа усилителя осциллографа.
Я показывал просто "наводку" от переменного тока. А он изменял амплитуду, так как нужно, сжимая и отпуская провод.
Подвел меня и выручил
Часто приходилось работать по ночам, ибо вначале нужно было исследовать явления в трубах без всяких демпфирующих
приспособлений. Шум и вибрации в окружающих помещениях настолько были сильны, что работники института
протестовали, если опыты шли днем. Кстати сказать, максимальная интенсивность шума в незадемпфированном
варианте наблюдалась в Т-104, она металлическая и скорость потока в ней большая. Помню шум достигал иногда
такой силы, что некоторые работники ложились на пол, не могли стоять, несмотря на то, что на всех были надеты
специальные шлемы.
В результате подробных измерений амплитуды и фазы колебаний давления на различных режимах и в разных местах
удалось представить картину поля колебаний давления в свободной струе, внутри различных частей обратного канала и в
окружающих помещениях. Анализ поля показал: колебания в свободной струе и внутри трубы имеют различную физическую
природу. В струе основные колебания гидродинамического характера, во всех остальных местах - акустические колебания,
вследствие сжимаемости воздуха. В свободной струе колебания давления вызваны образованием в пограничном слое
струи эквидистантных кольцевых вихрей, движущихся от сопла к диффузору примерно с половинной скоростью ядра
струи. Интенсивность вихрей и колебаний резко нарастает вдоль потока. Сравнение зависимостей частоты и
амплитуды колебаний (в соответствующих точках) от скорости потока и числа оборотов вентилятора показало,
колебания имеют чисто автоколебательный характер, вынужденные колебания потока около вентилятора быстро
затухают и не влияют на процесс автоколебаний. Этот вывод и положен в основу разработки упрощенной теории
явления и отыскания рациональных способов глушения вибраций.
Следующие этапы, довольно продолжительные, вплоть до пуска в эксплуатацию Т-104 и Т-101 в 39-40 годах, в основном
были посвящены изучению особенностей вибраций в разных трубах с различным аэродинамическим контуром и устройством.
Главное внимание обращалось на эффективность и целесообразность демпфирующих приспособлений, без которых не
возможна эксплуатация больших труб. Основной результат - обеспечение нормальной работы важнейшего "прибора"
ЦАГИ -- трубы с открытой рабочей частью - был получен.
В работе некоторое время, особенно в напряженные моменты, принимали участие Николай Александрович Лошаков
и Владимир Петрович Шальнов, сотрудники НИИФ МГУ. Мне и Г.А. Бендрикову пришлось вести всю эту работу до конца.
В 1938 году Э.П. Шубин ушел из ЦАГИ и в работу в разное время включались Николай Артемович Смирнов, Николай
Алексеевич Любимов, М.С. Филиппов, инженеры ЦАГИ и техник Анатолий Максимович Дыканюк.
Вспоминая пути решения первой задачи, которой мне довелось заниматься в ЦАГИ и ту обстановку, в которой мы
были тогда в ЭАО, хочется отметить особо благоприятные условия для нашего развития, тогда еще весьма "зеленых"
научных работников.
Через год-полтора после начала мне пришлось фактически руководить всей работой, и, естественно, я был в очень
большом затруднении. Физики теоретики или как называли выходцев из школы Мандельштама - физики "колебатели" -- мы
вначале безнадежно плавали в аэродинамике и инженерных вопросах, в которых нужно было разбираться. Только благодаря
своевременной и благожелательной помощи работников ЭАО, ЦАГИ в первую очередь со стороны К.К. Баулина, с которыми
нам приходилось тогда много общаться, нам удавалось относительно быстро устранить на ходу недостатки университетской
школы. С другой стороны, у нас в запасе было только одно, правда, как показал опыт, довольно мощное орудие -- хорошее
знание "языка теории колебаний", которым можно пользоваться во всех разделах науки и техники. Сейчас важность этого о
бстоятельства всем ясна, а тогда... Но нам посчастливилось по линии "вибраций" познакомиться с рядом ведущих ученых:
Константином Андреевичем Ушаковым, Гургеном Никитичем Мусинянцем, Борисом Николаевичем Юрьевым, Борисом
Алексеевичем Ушаковым, с молодыми еще тогда, но уже авторитетными учеными Мстиславом Всеволодовичем
Келдышем и Генрихом Наумовичем Абрамовичем. Деловое общение с ними и компетентные советы помогали решать
наши задачи, а главное учиться и учиться. Это, конечно, должен делать каждый научный работник всю жизнь. Но в
молодости не всегда мы понимаем это. Некоторые наивно думают, что окончание ВУЗа, или обладание кандидатской
степенью делает их научными работниками.
|
Виртуальный тур и фильмы о факультете
Вестник МГУ. Серия 3.
связаться с нами