До сих пор, когда хотят изобразить поистине невероятную, фантастическую скорость передвижения, ее сравнивают со скоростью полета пули. В наше время это сравнение уже не всегда выразительно. Пуля из браунинга вылетает со скоростью 228 м/сек, а спортивный рекорд, поставленный гидросамолетом на дистанции 3 тыс. м, уже подходит к 200 м/сек (197 м/сек).
Недавно в Америке добились на истребителе абсолютного мирового рекорда скорости. Максимальная скорость машины 965 км в час, — около 280 м в секунду. Пистолетная пуля, поставленная на старт рядом с таким самолетом, сразу же останется позади.
Как измерить такую скорость?
В воображении читателя — исправного посетителя наших стадионов — встанут полные напряжения моменты старта и финиша в скоростных состязаниях. У стартовой дорожки около ленты финиша застыли судьи с хронометрами в руках. Они стерегут мгновения, они отсчитывают доли секунд. Надо успеть «засечь» решающий момент как можно точнее. Но все же человек с хронометром неизбежно совершит ошибку. Он увидел рывок на старте или срыв ленты на финише; но его реакция запоздает; затем последует самая «засечка» — все вместе составит примерно 0,1 секунды. Человек может реагировать и преждевременно, и тогда «засечка» опередит момент старта или финиша. Неточная и неустойчивая реакция человеческого организма вносит неточность в процесс измерения. Поэтому в отчетах о спортивных скоростных состязаниях точность измерений ограничена десятыми долями секунды, а хронометры рассчитаны на эту степень точности.
 |
| Электрохронометр, использованный при измерении рекордной скорости самолета (709,250 км/час). На одной оси вращаются две стрелки. Более длинная совершает полный оборот в секунду, другая — в минуту. Хронометру определяет время полета с точностью до одной тысячной доли секунды. |
Ошибка в 0,1 секунды, повторенная на старте и на финише и направленная в одну сторону, — это уже ошибка в 0,2 секунды. Для сравнительно малых скоростей в обычных спортивных состязаниях такая погрешность не имеет существенного значения, но для современных сверхскоростных автомобилей («Синяя птица» Кемпбелла в 1935 г. показала скорость почти 485 км/час) или для рекордных самолетов такая ошибка может порядком исказить показатели.
Гидросамолет, обладающий скоростью 200 м/сек, пройдет контрольную дистанцию в 3 тыс. м за 15 секунд. Ошибка в 0,2 секунды — это 1/75 всего времени полета, величина, очень значительная для точных измерений: переведенная на часовую скорость, она исказит результат на 10 км/час.
Ясно, что обыкновенная «засечка» для рекордных машин уже не годится. В воздухе же она вообще невозможна, ибо линии воздушного старта и финиша невидимы и не могут быть точно обозначены.
Теперь на состязаниях скоростных автомобилей на линиях старта и финиша натягивается тонкая проволока. Разрыв проволоки вызывает пуск хронометра на старте и остановку его на финише. Это значит, что та же «засечка» производится механически, без участия человека. Никаких ощутимых опозданий уже нет, и можно применить более точные хронометры, отсчитывающие время не только в десятых, но и в сотых долях секунды.
Применим ли этот способ для измерения скорости самолетов? Конечно, нет. Для этого пришлось бы, по-видимому, строить громоздкие мачты высотой в несколько километров с подъемниками, натягивать на них каждый раз контрольные проволоки, располагать регистрирующие механизмы. Пилоту пришлось бы думать не только о скорости, но и о том, чтобы не промахнуть мимо проволоки, не видимой в воздухе.
Итак, пришлось отказаться не только от «ручной засечки», но и от механической, и от расположения контрольных приборов на высоте полета. Надо было решить задачу каким-то новым, третьим способом, но при этом выполнить одно обязательное условие — измерение производить с земли.
В последних рекордах, поставленных самолетами на короткой прямой дистанции (3 тыс. м), скорость была измерена именно таким способом. Как это было сделано?
*
На земле, на расстоянии 3 км друг от друга, установлены, два киносъемочных аппарата. У каждого из них два объектива: один направлен вверх, перпендикулярно плоскости полета, другой — на очень точный хронометр. Объективы обоих аппаратов, направленные кверху, должны быть, конечно, строго параллельны. Расстояние между их центрами и представляет собой точную величину контрольной дистанции, т. e. с большой степенью точности равно 3 тыс. м. Оба аппарата синхронны и снимают абсолютно одновременно. Кадры сменяются очень быстро — от 90 до 100 в секунду, и каждый кадрик воспринимает одновременно и изображение самолета (если он находится в поле зрения объектива) и изображение стрелок хронометра в тот же момент.
Центровая линия поля первого объектива представляет собой старт, второго — финиш. Теперь — внимание! Самолет набрал скорость и приближается к старту. Начинают работать киноаппараты и хронометры. Вертикальный объектив стартового аппарата еще не поймал самолета — и пленка воспринимает только изображения работающего хронометра через второй объектив. Но вот самолет попал в поле вертикального объектива — кадры пленки сменяются через каждую сотую секунды; на них появилось изображение самолета вместе с изображением хронометра. Самолет несется дальше и через несколько мгновений уходит из поля объектива первого аппарата. Снова на пленке только хронометр и нет самолета. Пока такое же положение и на пленке второго аппарата, работающего на финише: самолет еще далеко, только движущуюся стрелку хронометра запечатлевает пленка. Через 15 секунд и здесь повторяется то же самое: одновременная съемка самолета и хронометра фиксирует финиш.
При сравнении обеих кинолент в качестве старта и финиша выбираются сходные, наиболее центрально расположенные изображения самолета. На этих же кадрах изображения стрелок хронометра точно показывают время, когда самолет был заснят в данном положении. Получилась «засечка» — не ручная и не механическая и в то же время исключительно точная. Сравнивая положения стрелок хронометра на выбранных контрольных кадрах, получаем время, в которое самолет прошел контрольную дистанцию.
Хронометры — наиболее существенная часть регистрирующего устройства. Они должны быть исключительно точны и синхронны. Для того чтобы удовлетворить эти требования, хронометры пускают в ход с помощью элементарного синхронного мотора — колеса, которое питается переменным током высокой частоты (1 тыс. периодов в секунду). Источник тока — общий для обоих хронометров. Соединенные параллельно, они работают вполне синхронно, так как должны повторять частоту питающего их тока. В результате после 24-часового испытания два контрольных хронометра показали расхождение в 0,06 секунды.
На каждом хронометре три стрелки. Первая из них (наиболее длинная) совершает полный оборот в течение секунды, а шкала ее циферблата разделена на 200 частей, т. e. каждое деление измеряет 1/200 секунды. Вторая стрелка вращается на той же оси, что и первая, и совершает один оборот а минуту. Третья стрелка на маленьком внутреннем циферблате совершает оборот в 30 минут.
Опытный наблюдатель может произвести отсчет с точностью до 0,002 секунды. Так как оба хронометра синхронны, то ошибка в 0,002 секунды не удваивается (на старте и финише), и результат измерения в сто раз точнее ручной «засечки», Две тысячных доли секунды — это только 1/7500 того времени, в которое самолет проходит свою дистанцию. Такой ошибкой можно пренебречь. В переводе на часовую скорость это будет ошибка в 100 м/час, что не имеет никакого значения.
Так была решена задача точного измерения рекордной скорости самолета на короткой прямой. В таком полете учитывают скорость на всей дистанции за весь промежуток времени, предполагая, что скорость в каждый отдельный момент постоянна. Для рекордных скоростных полетов этого достаточно.
Но для исследования изменений скорости самолета, зависящих от различных стадий и характера полета (подъем, пикирование, разворот, вираж и дp.), необходимо знать величину этой скорости в каждый отдельный момент, на кратчайших отрезках времени и дистанций.
Правда, в распоряжении пилота имеются особые приборы, которые определяют скорость потока воздуха относительно движущегося в нем самолета, но показания этих приборов недостаточно точны. Поэтому начались поиски путей для измерения скоростей в любой момент и в любой стадии полета с помощью регистрирующих приборов, расположенных на земле, так же как и при полете по короткой прямой. И здесь на помощь пришла техника фото и кино.
Если речь идет о самолете, перемещающемся прямолинейно в горизонтальной или вертикальной плоскости, исследователь выходит из положения довольно легко: достаточно расположить фотоаппарат с большим полем зрения объектива таким образом, чтобы пластинка оказалась параллельной плоскости перемещения самолета. Фотоаппарат применяется особый. Воздействию световых лучей подвергается только небольшая часть пластинки, на которой получается изображение. Та же пластинка запечатлевает последующие изображения через равные промежутки времени. Получается нечто вроде последовательных кадриков киноленты.
 |
| Фотопластинка, на которой воспроизведены последовательные понижения самолета, перемещающегося прямолинейно. |
Заслон объектива действует автоматически, механизм его связан с точным хронометром. В результате на пластинке воспроизводятся последовательные изображения самолета. Достаточно измерить расстояние между двумя последовательными изображениями, чтобы определить путь, пройденный самолетом в небольшой отрезок времени.
Этот способ очень прост, но все же имеет недостатки: он пригоден только для случаев прямолинейного движения по заранее известному пути и недостаточно точен.
Можно добиться известных результатов, если вместо одной фотокамеры применить две, поместив их на довольно большом расстоянии друг от друга. Оба объектива одновременно передают изображение на свои пластинки. Существует особый раздел фототехники, называемый «фотограмметрией», который учит, как по полученным синхронным засъемкам восстановить точное положение самолета в пространстве в каждый соответствующий данной паре снимков момент (на пересечении прямых линий, проходящих через центр изображения и объектив). Сравнив данные двух последовательных пар снимков и зная время, в которое они сменяются, можно легко определить скорость самолета.
 |
| Две фотокамеры измеряют скорость самолета. Два одновременных изображения самолета дают возможность определить положение самолета в пространстве. При сравнении этой пары снимков с последующей парой можно определить и скорость на участке между двумя положениями машины. |
Этот способ тоже требует исключительно синхронной работы заслонов. Точность этого способа все же недостаточно высока. И в тех случаях, когда точное определение скорости самолета необходимо, для особо ответственных заданий (управление огнем зенитной батареи или сложные аэродинамические исследования), приходится искать еще более тщательных способов измерений.
Снова на помощь приходит техника кино, но на этот раз в союзе с топографией.
На более или менее большом расстоянии располагаются два особых прибора — «кинотеодолиты». Напоминаем читателю, что теодолитом называется специальный топографический прибор, представляющий собой обыкновенную зрительную трубу, движущуюся вокруг горизонтальной и вертикальной осей. Труба соединена с дуговыми шкалами, на которых отмечаются две величины, определяющие положение наблюдаемой точки в пространстве: азимут — угол в горизонтальной плоскости между направлением на наблюдаемый предмет и другим определенным направлением, принятым за основу (меридиан места наблюдения), и высота точки над горизонтом угол между горизонтальной плоскостью и прямой, соединяющей наблюдателя с исследуемым предметом.
Кинотеодолит — это тот же теодолит, но зрительную трубу здесь заменяет киноаппарат. Пленка воспринимает последовательные изображения самолета одновременно с определением его положения в пространстве.
 |
| Два кинотеодолита работают синхронно, исследуя быстрые передвижения самолета в воздухе. Обе установки, показанные на фото рядом, в действительности удалены друг от друга на несколько сот метров, для того чтобы линии визирования самолета пересекались под большими углами. |
Наблюдатели у обоих аппаратов постоянно направляют на самолет свои приборы, работающие совершенно синхронно. У каждого прибора — два наблюдателя: один управляет движениями трубы по горизонтали, другой — по вертикали. Сравнив изображения на обеих кинолентах, можно точно определить положение самолета в пространстве в момент съемки данной пары кадров. Кадры сменяются настолько быстро, что можно определить скорость даже в том случае, если она изменилась в незначительную долю секунды. Между двумя последовательными кадрами на кинопленке нанесены шкалы, где отмечаются азимут и высота над горизонтом. Каждый кадр на обеих кинолентах имеет одинаковый очередной номер, отмеченный под шкалой, чтобы можно было сравнить киноленты, не путая отдельных моментов.
 |
| Отрезок ленты кинотеодолита. На ленте отпечатались не только изображение самолета, но и угловые данные положения машины в пространстве (азимут и высота над горизонтом). |
Кинотеодолит исключительно точен. Он может оказать значительную помощь наводчикам зенитных орудий или исследователю скоростей.
Комментариев нет:
Отправить комментарий