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.


Назад