background image
C
M
Y
K
четверг
k
44, 21 апреля 2011 г.
Выпуск 77
СДЕЛАНО В КОРОЛВЕ
П
рактически с самого начала работы в отде
ле динамики НИИ 88 (ЦНИИмаш) мне при
шлось проводить экспериментальные исследо
вания колебаний жидкости в топливных баках.
Тогда только закладывались основы будущей
лаборатории физического моделирования. В
небольшом помещении располагались экспери
ментальные установки, кульманы конструкто
ров, столы инженеров и техников с разврнуты
ми на них синьками, миллиметровками и осцил
лограммами. Гудели вибростенды и генераторы,
визжали напильники слесарей, чья то электро
дрель сверлила швеллер; огромные шлейфовые
осциллографы Сименс завораживали запахом
озона и отблесками ртутных ламп... Теоретичес
кие работы по этой теме велись в лаборатории
Бориса Исааковича Рабиновича.
Задачу экспериментального поиска способа
усмирения волны поставил передо мной в на
чале 1960 года
начальник лаборатории Генна
дий Никифорович Микишев. За глаза мы звали
его Шефом (в отличие от
начальника отдела
Анатолия Григорьевича Пилютика, которого име
новали Папой). Конечно, гасить колебания жид
кости понятие качественное, а в науке и
технике работают с числами. И для характерис
тики этого самого гашения колебаний суще
ствует специальная величина ко
эффициент демпфирования.
Прежде чем заниматься конструк
цией устройства для гашения коле
баний жидкого топлива, мы долж
ны были экспериментально опреде
лить коэффициенты демпфирова
ния для гладких полостей, то есть
без демпфирующих устройств. На
первых порах важно было найти за
висимость коэффициента демпфи
рования от размера бака и вязкости
жидкости (критерий Рейнольдса).
Баки у нас были диаметром от 200
мм до полутора метров, а вот варь
ировать величиной вязкости было
посложнее вода есть вода. Уве
личивать вязкость проще был бы
глицерин. А вот уменьшать...
Случайно в американском справоч
нике я нашл интересную жидкость с
вязкостью в шесть раз меньше, чем у
ацетона, бромистый метилен!
Ссылка на немецкий источник. Нахо
жу источник та же цифра. Докла
дываю Шефу. Он тоже удивлн. Но
издания серьзные. Как не поверить?
Решаем добыть вещество для пробы.
Главный измеритель отдела Николай
Дмитриевич Пронин
посоветовал об
ратиться в одно место в Москве. Со
стоялась джентльменская сделка:
пол литра на пол литра. Мы им
спирт, они нам бромистый мети
лен. Добыли! Но что такое? Измеряю
вязкость, а она как у ацетона... Воз
никли сомнения насколько чистое
вещество нам досталось?
Через некоторое время Шеф ко
мандировал меня туда, где это ве
щество добывается, в Крым, на Краснопере
копский бромный завод. Папа, подписывая ко
мандировочные бумаги, напутствовал меня сло
вами: Что, будем снова штурмовать Перекоп?
На заводе я целую неделю, сидя в лаборатории,
измерял вязкость различных проб бромистого
метилена, а вечерами читал фантастику на укра
инском языке (книг на русском в местном мага
зине не было). К сожалению, пришлось рас
статься с мечтой о сверхмаловязкой жидкости
скрупулзные немцы вс же допустили опе
чатку, а хитрые американцы, ничтоже сумняше
ся, е позаимствовали.
Эта история имела сво продолжение. Когда,
спустя несколько лет, в обзорной американской
статье Абрамсона появились ссылки на нашу с
Микишевым работу, опубликованную в Извес
тиях АН СССР (е назвали русский экспери
мент), там же приводились и результаты анало
гичных американских исследований, где в числе
моделирующих жидкостей использовался... бро
мистый метилен! Доверившись данным спра
вочника, практичные американцы закупили боль
шое количество этого чрезвычайно дорогого эк
зотического вещества, которое с успехом можно
было заменить, как мы это и сделали, ацетоном
и даже водой при температуре 95 градусов.
Как вылечили ракету
Работа по определению демпфирования ко
лебаний жидкости в баках разных форм и разме
ров, при различных значениях вязкости и других
параметров, заняла около года. Мы получили
очень интересные и важные результаты, кото
рые легли в основу дальнейших исследований.
Можно было приступать к решению основной
задачи увеличения коэффициента демпфи
рования до величины, потребной для обеспече
ния устойчивости конкретного изделия.
Гром грянул, когда при первых запусках новой
ракеты носителя телеметрия показала: колеба
ния жидкого топлива в одном из баков первой
ступени настолько значительны, что приводят к
колебаниям корпуса изделия. Ракету необходи
мо вылечить, то есть погасить е колебания. И
вот тут то оказалось, что Шеф не зря был давно
озабочен этой проблемой, не напрасно в течение
года бушевали штормы в баках, распространяя
запахи ацетона и скипидара. К весне 1961 года
мы уже имели немалый опыт экспериментально
го определения нужных нам коэффициентов дем
пфирования, выпустили интересный отчт.
Нам было известно, что в США для гашения
колебаний жидкого топлива применяются демп
феры в виде набора кольцевых рбер. Наши
эксперименты показали их недостаточную эф
фективность, и мы приступили к испытаниям
гасителя в виде продольных радиальных рбер...
В это самое время и грянул гром. Побывав
на нескольких совещаниях в верхах, Шеф дал
мне ЦУ: форсировать испытания бака с про
дольными рбрами. Я по возможности форси
ровал... И вот, придя в субботу утром на работу и
приступив к испытаниям с особым подъмом
(сокращнный рабочий день!), я вдруг узнаю,
что Шеф уже звонил из Харьковского ОКБ, где
решалась судьба изделия, и требовал в срочном
порядке провести испытания двух моделей того
самого бака, в котором так опасно раскачалось
жидкое топливо. В моделях должно быть уста
новлено по восемь радиальных рбер шириной
около трети радиуса. При этом жидкости долж
ны иметь разные вязкости. Результаты в виде
графических и табличных зависимостей демп
фирования от уровня жидкости и числа Рей
нольдса передать ему в Харьков по спецсвязи.
Там ждут результатов. Он будет звонить ежед
невно. Руководителем работ назначается
Лео
нид Рудольфович Дунц.
А что такое испытать две модели
бака с рбрами? Это значит надо
приваривать к имеющимся бакам
конические части, заказывать в ма
стерской рбра, устанавливать их
в баках, добывать огромные коли
чества ацетона и глицерина, дово
дить глицерин до нужной вязкос
ти, заправлять баки, раскачивать в
них жидкость, записывать, а потом
расшифровывать осциллограммы
(это тяжкий монотонный про
цесс)... И вс это срочно! Но
Дунц успокоил: работу будет кури
ровать сам директор НИИ, что уп
рощает дело.
А директором в это время был
генерал майор, доктор техничес
ких наук
Георгий Александрович
Тюлин. Он тут же приказал обо всех
затруднениях немедленно сооб
щать ему и сказал, что хорошо бы
получить результаты хотя бы к по
недельнику... Это значило, что ра
ботать придтся и в воскресенье.
Но, как оказалось, не просто рабо
тать: начальник нашей группы ис
пытателей Владимир Григорьевич
Степаненко обрадовал нас, ска
зав о переходе на казарменное по
ложение. И работа началась...
Прежде всего заказали ацетон и
глицерин. Обычно от их заказа до получения
проходило несколько дней, но когда работу ку
рирует генерал Тюлин совсем
другое дело. И в тот же день бутыли
с глицерином и ацетоном были дос
тавлены в лабораторию. Тем време
нем начались сварочные работы. В
спешке Дунц забыл согласовать их с
пожарниками а они тут как тут!
Штраф
Разумеется, к понедельнику ре
зультатов не было, да и быть не
могло только установлены в ба
ках рбра, просчитаны нужные вяз
кости и подготовлена аппаратура.
Можно приступать к испытаниям.
Жидкости в баках раскачивали про
сто вручную, с помощью специ
альной мешалки, этакой палки с
металлическим полукругом на кон
це. В отчтах и статьях этот метод
назывался заданием начальной
амплитуды... Делать это легко толь
ко в малых баках, а попробуйте за
дать нужный тон колебаний в баке
диаметром в полтора метра!
Казарменность нашего положе
ния заключалась не в том, что нас
никто не выпускал, мы сами про
сто не могли отойти хотя бы на час
другой: а вдруг что то будет сдела
но не так? Обедали мы, конечно, в
столовой, но вечером посылали
кого нибудь в гастроном за продук
тами, тем же самым питались и ут
ром. Спали сидя за столом, часа по
два три, иногда и днм, если выпа
дала возможность. Забывали о бане
и бритье.
К середине недели были проведе
ны главные испытания по опреде
лению зависимости демпфирования
от разных параметров. Столы были
завалены осциллограммами. Такие
же осциллограммы, только что про
явленные и ещ мокрые от промы
вания, свисали с перил антресолей. В ожидании
результатов генерал Тюлин звонил и приходил
по нескольку раз в день, заглядывал и ночами.
Работа кипела, жидкость в баках колебалась и
затухала, Пронин почти не отходил от аппарату
ры, которая в то время была очень несовершен
ной. То и дело слышалось: Митрич, у меня нуль
поплыл!, Митрич, кассету заедает!, Мит
рич, тут какая то дикая наводка! И Митрич кру
тился, успевая подрегулировать, настроить, за
менить...
Наконец, осталось только дорасшифровать
осциллограммы, составить таблицы и построить
графики. Выявился неожиданный результат: ока
зывается, демпфирование, возникающее только
за счт вихреобразования на кромках рбер, прак
тически не зависит от числа Рейнольдса. Значит,
при проектировании и испытании демпферов
можно обходиться небольшой моделью бака и в
качестве моделирующей жидкости использовать
простую водопроводную воду! Огромная эконо
мия времени, сил и средств.
Результаты были переданы по инстанциям.
Теперь ожидали мы как пройдт пуск изделия
с нашим демпфером (
рис. 1). Аврал пока закон
чился. Можно было перейти к обычному ритму
работы. Лично для меня этот аврал начался в
субботу утром, а закончился в пятницу следую
щей недели вечером. После работы можно было
пойти домой. Правда, не для всех выход с терри
тории обошлся без приключений. Дунц за эту
неделю оброс такой бородищей, что в проход
ной его задержали. Из охраны звонят Папе: Тут
какой то Фидель Кастро прорывается на выход,
говорит, что Дунц, а совсем не похож. Приходите
разбираться!
Через несколько дней стало известно, что наш
демпфер был установлен (в авральном порядке)
в соответствующем баке подготовленного к стар
ту носителя. Запуск прошл как следует. По ре
зультатам телеметрии никаких колебаний кор
пуса на частотах жидкости не обнаружено. Полт
проходил в соответствии с расчтной траектори
ей. Ракета вылечена! Самое интересное, что эта
победная реляция прозвучала в один день и час
с известием о полте Гагарина, правда, не голо
сом Левитана по Всесоюзному радио, а из устно
го сообщения А.Г. Пилютика в узком кругу, но не
менее торжественно!
Вскоре вернулся из командировки Шеф. Вс в
порядке! Не зря он от имени нашего НИИ произ
нс в инстанциях фразу: Есть такой демп
фер! Он рисковал, но после получения наших
результатов было принято решение: ставить! По
степенно демпферы такого типа были установ
лены в баках многих ракет и космических аппа
ратов.
Некоторое время авралы продолжались, но
становились вс реже, были более спокойными
и к концу шестидесятых прекратились. Работа
стала более размеренной, в 1967 году отдел
переехал в новый, специально спроектирован
ный и выстроенный корпус. Обновлялась аппа
ратура, создавались новые методики экспери
ментальных исследований. Мы занимались даль
нейшим усовершенствованием демпферов, зна
чительно повысили их эффективность за счт
снижения массы рбер и усиления вихреобразо
вания на их кромках. Были авторские свидетель
ства на изобретения, акты их внедрения Ре
зультаты исследований отражены во множестве
статей и книг, демпфер стал обычным элемен
том конструкции. При подготовке книги Введе
ние в динамику ракет носителей и космических
аппаратов (М.: Машиностроение, 1975) Б.И.
Рабинович попросил меня нарисовать эскизы
иллюстраций. На одном из них (
рис. 2) в аллего
рическом виде представлены результаты учта
всех факторов, мешающих устойчивости раке
ты носителя. Робот, символизирующий наш дем
пфер, нейтрализует демона возбудителя ко
лебаний.
Но больше всего мне запомнился тот весен
ний аврал 1961 года, когда за неделю был спро
ектирован, изготовлен, испытан и внедрн в прак
тику первый в нашей ракетно космической от
расли механический демпфер колебаний жид
кости. Позже для выполнения такого объма
работ требовались месяцы, а то и годы. Запом
нилось это именно потому, что в те же дни был
произведн первый в мире запуск космического
корабля с человеком на борту. Это были Гага
ринские дни. Это был Звздный Час советской
науки и техники, Звздный Час Человечества.
Николай ДОРОЖКИН,
кандидат технических наук,
старший научный сотрудник ЦНИИмаша
Рис. 2.
Рис. 1.
Те, кому приходилось носить воду на коромысле, знают, что такое колеба
ния жидкости в мкости. Но если вода, раскачав ведро, самое большее
плеснт водоносу на ноги, то аналогичное поведение горючего или
окислителя в топливном баке ракеты с ЖРД может привести к потере е
устойчивости, а это чревато весьма серьзными последствиями.
Штурм Перекопа
и Русский Эксперимент
Рейнольдс, Митрич
и Фидель Кастро
Есть такой демпфер!