Лопасти гребных винтов или лопатки водяных турбин и центробежных насосов могли бы служить гораздо дольше, чем они обычно служат. Сравнительно непродолжительный cpoк их полезной работы вызывается разрушением металлов какой-то особой и всегда неизбежной болезнью. Их гладкая металлическая поверхность постепенно покрывается еле заметной сыпью, которая затем превращается в большие язвы, окончательно разрушающие металл. Чтобы бороться с этой болезнью, необходимо найти причины, ее вызывающие, а для этого нужно очень тщательно изучить весь комплекс явлений, возникающий в условиях работы этих частей машин. Существует теория, которая указывает на одну из причин этой болезни. Это явление кавитации — завихрений и вскипания воды, происходящее в момент отрыва, стекания воды с лопатки и центробежного насоса или, например, у стенок задней части корпуса движущейся торпеды. Но явление кавитации также не изучено.
Построить опытную гидроустановку в лаборатории не так уж трудно. Значительно труднее заметить все то, что происходит во время эксперимента в испытательной камере. У стенок испытываемой детали глаз человека не увидит ничего, кроме белой дымки. Не поможет и микроскоп. Кавитация связана с громадными скоростями, а глаз человека теряет ориентировку даже в таких ничтожных скоростях, как движение колеса велосипеда, когда спицы становятся неразличимы друг от друга.
Таким образом, в распоряжении гидротехников остается единственное средство — фотография. Однако, при помощи фотоаппарата с обычным механическим затвором нельзя сфотографировать, например, пулю, летящую со скоростью 860 м в секунду. ФЭД («лейка») имеет самую большую скорость затвора, соответствующую экспозиции в \(\frac1{500}\) долю секунды. За такой промежуток времени пуля пройдет расстояние в 170 см, и, таким образом, на снимке ее не удастся обнаружить. Если довести скорость затвора до \(\frac1{1000000}\) доли секунды, то съемка летящей пули станет возможной. Но такие скорости недостижимы для механических затворов.
Однако, при исследовании баллистики пули был использован очень простой и остроумный способ фотографирования, при котором затвор в фотоаппарате совершенно утратил свое значение. Съемка пули производилась при открытом объективе, но в момент фотографирования вспыхивала электрическая искра. Сила света ее была достаточна для того, чтобы создать фотографическое изображение пули в полете, а продолжительность горения искры соответствовала экспозиции в \(\frac1{100000}\) долю секунды.
Этот способ фотографирования уже облегчал задачу гидротехников, но до решения ее было еще далеко. Ведь сделать один снимок в процессе испытания детали — это значит вырвать из целого явления какую-то одну часть его, ничего не говорящую о самом явлении. Гидротехникам необходима полная картина всего процесса, когда можно было бы видеть начало кавитации, ее продолжение и конец. Такую картину мог дать только фильм. А фильм делается при помощи киноаппарата. Однако, киноаппарат, делающий от 16 до 32 снимков в секунду, ничем не мог быть полезен гидротехникам. Других киноаппаратов у нас не было. За границей пытались создать киносъемочный аппарат для подобной цели, но эти попытки держались в строжайшем секрете.
Инженеры Всесоюзного научно-исследовательского гидромашиностроительного института, тт. H. M. Иванов и А. П. Кандидов, вынуждены были временно оставить гидродинамику и превратиться в конструкторов особого киносъемочного аппарата.
Несмотря на то, что это было совершенно новым делом, да еще в незнакомой им области работы, они очень удачно решили задачу. Сконструированный и построенный ими аппарат давал 10 тыс. снимков в секунду. Такая быстрота съемки оказалась вполне достаточной для изучения явлений в экспериментальной гидродинамике.
Принцип работы аппарата, изобретённого тт. Ивановым и Кандидовым, довольно прост, но устройство аппарата чрезвычайно сложное. Вы видите этот аппарат на нижнем снимке. В левой нижней части снимка расположен искровый генератор. Это два металлических стержня — электрода, в которые поступает ток напряжением в 8,5 тыс. вольт. Но концы электродов не соприкасаются между собой, образуя некоторое пространство. В этом пространстве периодически появляются искры. Периодичность искры установлена 10 тыс. вспышек в секунду. Это выполняется при помощи специального устройства — рабочего конденсатора. К пространству между электродами, т. e. к искровому промежутку, подведена трубка, по которой движется сильная струя сжатого воздуха. Она как бы выдувает искры, не дает им сомкнуться и образовать вольтову дугу. Беспорядочно разбрасываемые вспышками лучи улавливаются оптическим конденсатором, состоящим из двух плосковыпуклых линз. Из конденсатора пучок света падает на экспериментальную камеру, освещая ее и находящийся в ней исследуемый предмет. Этот предмет установлен неподвижно, но скорость, с которой он должен был бы двигаться, сообщена воде. Слева на снимке вы видите часть большой трубы. По этой трубе вода под давлением поступает в экспериментальную камеру. В боковые стенки камеры вставлены плоские стекла толщиной в 8 мм. Таким образом, лучи света просвечивают эту камеру. Изображение исследуемого предмета и возникающих у его стенок завихрений попадает в объектив фотоаппарата, расположенного прямо против камеры. Это — фотоаппарат, объектив которого имеет светосилу 3,5. Из объектива изображение падает на кинопленку, укрепленную на ободе вращающегося барабана. Скорость вращения барабана равна 1200 оборотам в минуту. Вся эта конструкция называется аппаратом высокочастотной киносъемки.
На фото, слева, вы видите четыре кадра одного из фильмов, сделанных аппаратом высокочастотной киносъемки. Этот фильм показывает расщепление падающей струи воды на отдельные капли. С этим явлением мы сталкиваемся каждый раз, когда пользуемся краном водопровода. Мы хоть и весьма приближенно, но замечаем то место, где тонкая струя воды расщепляется на отдельные капли. Однако, никто из нас не представляет, как велико расстояние между падающими каплями. Нам кажется, что, падая, капли касаются друг друга, составляя продолжение той же струи. На самом деле происходит то, что мы видим на этом фото.
 |
| Общий вид высокочастотного киносъемочного аппарата. Сбоку — пять кадров из фильма «Расщепление струи воды на капли», снятого этим аппаратом. |
Аппарат высокочастотной киносъемки окажет большие услуги исследователям не только в области гидродинамики: с его помощью можно будет изучить самые разнообразные явления и в других областях техники. Высокая частота съемки позволяет заснять такие явления, как колебательные движения крылышек насекомого в полете, горение пламени, взрыв, удар пули или снаряда, т. e. все то, что до сих пор не могло быть изучено практическим путем и составляло предмет теоретического изучения.
Комментариев нет:
Отправить комментарий