background image
C
M
Y
K
суббота
k
123, 29 октября 2011 г.
Выпуск 81
С А.М. Чечельницким я познако
мился в 2004 году благодаря про
фессору Б.И. Рабиновичу. Разговор
с новым знакомым очень быстро
перешл в его монолог, изредка
перебиваемый моими вопросами.
Альберт Михайлович говорил быс
тро и темпераментно о своей кон
цепции Волновой Вселенной и вы
текающего из не изоморфизма
макро и микромира, о сверхсвето
вых скоростях и других проблемах,
которые в науке почему то не об
суждаются
Итак, 12 апреля 1961 года коллектив лабора
тории физического моделирования в отделе ди
намики НИИ 88 узнал, что пуск ракеты носите
ля, в одном из баков которой установлен первый
отечественный демпфер колебаний жидкого топ
лива, прошл успешно.
На всм протяжении по
лта телеметрия не зафиксировала колебаний
изделия, вызванных раскачиванием жидкого
топлива. Механический демпфер получил пер
вую прописку. После этого разработанные в
нашем отделе механические демпферы колеба
ний жидкого топлива стали устанавливать на
разных изделиях, а перед нами встала новая
задача: по возможности увеличивать их эффек
тивность. Иными словами, добиваться роста ко
эффициента демпфирования и вместе с тем сни
жения массы демпфирующего устройства.
Одновременно в отделе проводились широ
кие исследования колебаний жидкости в мкос
тях разной формы. Наши коллеги из лаборато
рии, которой руководил
доктор технических наук,
профессор Борис Исаакович Рабинович, зани
мались теоретическим определением гидроди
намических характеристик (частот, присоединн
ных масс, моментов инерции, коэффициентов
демпфирования и т.д.) различных полостей. Мы
же, то есть сотрудники моей группы в составе
лаборатории физического моделирования (ру
ководитель
доктор технических наук, профес
сор Геннадий Никифорович Микишев), опреде
ляли эти характеристики экспериментальными
методами, для чего приходилось проектировать
специальные устройства и приспособления. Кон
структоры из подразделения Владимира Григо
рьевича Степаненко доводили наши эскизы до
рабочих чертежей. Классные специалисты опыт
ной мастерской слесари и станочники, при
вычные к ювелирным работам при изготовлении
уникальных конструктивноподобных моделей,
наши проекты овеществляли в металле.
Было это во второй половине 1960 х годов.
Очень кстати к этому времени был сдан в эксп
луатацию специальный корпус для отдела ди
намики. До этого подразделения лаборато
рии и даже сектора находились в разных
зданиях, что создавало неудобства. А тут
просторные комнаты, огромный испытатель
ный зал с тельферами и антресолями, новая
аппаратура, своя энергомеханическая служба,
модельная мастерская, фотолаборатория, под
собные помещения Во время вечерних и ноч
ных работ испытательный зал приобретал экзо
тический вид огромные осветительные при
боры своим ртутным светом окрашивали вс в
какие то фантастические тона. Приезжавшие
кинодокументалисты (они проводили съмки
для министерства) сказали, что в этом зале
можно снимать кадры фильма Туманность
Андромеды. Работы было много, в коллективе
царила атмосфера энтузиазма, дружеского
юмора, озорных розыгрышей. В стенгазете по
являлись шаржи на начальников, но они не
обижались. Настроение творческого поиска
заражало всех от профессора до слесаря и
лаборанта.
Но вернусь к теме работы над демпферами.
Особенно мне запомнился один эпизод. Чтобы
как следует разобраться в механизме нелинейно
го демпфирования, обусловленного процессом
вихреобразования на кромках демпфирующих
рбер, мы занимались исследованием колебаний
отдельной пластинки в жидкости. В этой работе
активно участвовал
Гена Чурилов, недавний вы
пускник МВТУ им. Н.Э. Баумана (ныне кандидат
технических наук Геннадий Александрович Чури
лов заместитель начальника отдела динами
ки).
В паре с ним часто трудился его однокашник
по МВТУ Владимир Андреевич Дубровский
. Они
очень быстро освоились в металлических джунг
лях испытательного зала легко лавировали
среди чугунных колонн и шурующих блестящими
штоками вибростендов, качающихся и вибрирую
щих баков, мигающих цветными индикаторами
преобразователей, ловко подныривали под лиа
ны кабелей и без запинок перешагивали через
шланги, змеящиеся по силовому полу.
В то время нам требовалось прежде всего осво
ить методику определения величины гидродина
мической силы, действующей на жсткую прямо
угольную пластинку при е колебаниях в жидко
сти. Как известно, суммарная гидродинамическая
сила складывается из двух сил сопротивления
и инерции. При расчтах обычно используются
входящие в выражения для определения этих сил
безразмерные величины коэффициент сопро
тивления Сb и коэффициент присоединнной
массы Сm. Вот на получении этих величин мы с
Г.А. Чуриловым и сосредоточили внимание.
Для проведения наших исследований была
спроектирована и изготовлена эксперименталь
ная установка. Е общий вид и устройство пока
заны на рис. 1. Установка состоит из прямо
угольного бака 1, возбудителя колебаний 2 и
штока 3 с приспособлением 4 для перемещения
испытываемого образца 5 по вертикали и фикса
ции его на любой глубине. Шток установки выхо
дит из бака через сальниковое уплотнение и
соединяется со штоком возбудителя колебаний.
Силы, действующие на образец, воспринимают
ся специальными датчиками 6.
Бак установки (рис. 1) представляет собой
жсткую сварную конструкцию длиной 2500 мм,
шириной 1500 мм и высотой 1500 мм. Эти разме
ры выбраны, во первых, из необходимости ис
пользования нужной тензометрической аппара
туры, что сказалось на габаритах и датчиков
силы, и испытываемых образцов; во вторых, из
необходимости устранения влияния свободной
поверхности жидкости и стенок бака на величи
ну искомых параметров. Для устранения волно
вых движений жидкости в баке была предусмот
рена специальная крышка (на рисунке не показа
на). В качестве образцов использовались жст
кие прямоугольные пластинки разной ширины,
но одинаковой длины.
Искомые коэффициенты Сb и Сm определя
лись с помощью гармонического анализа запи
санных на осциллограммы кривых гидродинами
ческих сил, действующих (по гармоническому
закону) на тело при его колебаниях в жидкости.
Этот метод отличается наиболее высокой точнос
тью. Найденные значения наносились на график
в виде кривых зависимости коэффициентов Сb и
Сm от безразмерного параметра S, величина ко
торого пропорциональна амплитуде колебаний и
обратно пропорциональна ширине пластинки.
Поскольку в нелинейном демпфировании ко
лебаний жидкости за счт внутрибаковых р
бер основную роль играет сила сопротивления
и в формулу для определения коэффициента
демпфирования входит сомножителем коэф
фициент сопротивления Сb, то далее речь бу
дет идти именно об этом безразмерном коэф
фициенте.
В ходе экспериментов мы получили результа
ты в виде графика зависимости Сb от параметра
S. Показываем Шефу. Геннадий Никифорович
посмотрел и предложил сравнить наши данные с
аналогичными, полученными несколько лет на
зад американцами, они были опубликованы в
Journal of Research of the National Bureau of
Standards: тоже колебания прямоугольной пла
стинки в баке, тоже зависимость Сb от S. Нанеся
на наш график американскую кривую, вижу, что
она лежит значительно выше, особенно при S,
соответствующих реальным натурным услови
ям. В чм дело? Как положено, сначала ищем
ошибки у себя. Тщательно проверяем наши дан
ные вс чисто.
Шеф, увидев расхождение наших результатов
с американскими, призадумался, а затем обра
тил внимание на схему штатовского экспери
мента: Смотрите, у них пластинка почти упира
ется торцами в стенки бака. А у вас? Я сказал,
что у нас от каждого торца до стенки расстояние
примерно полметра, чтобы исключить влияние
стенок. Я знаю, ответил Шеф, но стоит
подумать над их схемой. Может быть, такая бли
зость к стенкам позволяет лучше учесть их вли
яние? На мо удивлнное Но профессор
сказал: Не будем спешить с выводами. Поду
майте Нам надо точно воспроизвести их
условия! Но как? Удлинять пластинку
нельзя А мы и не будем! Мы начнм
приближать к ней стенки бака И мелом на
доске я изобразил наше ноу хау. Ответом было
традиционное: Ну, голь на выдумки хитра
Конечно, пришлось нам повозиться. Нужно
было с максимально возможной точностью, мил
лиметр за миллиметром с каждой стороны, ими
тировать постепенное приближение стенок бака
к торцам пластинки. В книге [1] об этом сказано
лаконично: Исследовалось также влияние ве
личины зазора между стенками бака и торцами
пластинки на коэффициенты сопротивления. Ре
зультаты исследований получены для пластинки
шириной 50 мм при различных значениях пара
метра S Величина зазора изменялась в диапа
зоне 0 500 мм. Нулевой зазор был получен с
Продолжение темы статьи Как вылечили ракету
(КП от 21 апреля 2011 года)
Как мы догоняли Америку
Б.И. Рабинович.
Г.Н. Микишев.
В.Г. Степаненко.
Рис. 1.
помощью тонкой фторопластовой плнки, упру
го скользящей по стенке бака и не допускающей
перетекания жидкости. Все данные отнесены к
значению коэффициента сопротивления, полу
ченному для случая, когда влияние зазора на Сb
отсутствует.
Результаты исследований влияния зазора на
коэффициент сопротивления показаны на рис. 2.
Обратите внимание на точки разного вида. Так
вот, каждая точка это один эксперимент. Пока
занная на графике кривая зависимости Сb /Сb
о
от
S имеет два пика при зазорах в 1 мм и 6 мм. Это
говорит о том, что американские экспериментато
ры напрасно пренебрегли влиянием зазора, а оно,
как это видно, весьма значительно. Этим и объяс
няется расхождение наших результатов с амери
канскими. Наша методика испытаний оказалась
более совершенной. Но в данном случае не это
главное.
Может возникнуть вопрос неужели такая
мелочь, как влияние зазора, может иметь какое
то значение? Может и имеет. Напомню, что наши
эксперименты проводились не из любопытства
или желания проверить корректность чужих ис
следований. У нас была своя цель выяснить,
за счт чего можно увеличить эффективность
демпфирующих устройств. Если оказалось, что
миллиметровый зазор между стенкой бака и уз
ким торцом пластинки повышает коэффициент
сопротивление на 50 60 процентов, то значит,
что и какой то зазор между стенкой топливного
бака ракеты и демпфирующим ребром должен
создавать соответствующий эффект. Так и ока
залось после новых исследований. Об этом пи
сал потом Г.Н. Микишев в своей монографии:
Эффективность демпферов колебаний в виде
радиальных и кольцевых рбер можно значи
тельно увеличить, если ввести небольшой зазор
между стенкой бака и рбрами. При оптималь
ном зазоре коэффициент демпфирования мо
жет возрасти в два с лишним раза [2]. Есте
ственно, что при проектировании новых демп
фирующих устройств мы этой возможностью
воспользовались.
На ошибках учатся так гласит народная
мудрость. Но, как мы убедились, лучше вс таки
учиться на чужих ошибках
Николай ДОРОЖКИН
Шаржи работы автора
Литература:
1. Микишев Г.Н., Рабинович Б.И. Динамика
тонкостенных конструкций с отсеками, содер
жащими жидкость. М., Машиностроение, 1971.
2. Микишев Г.Н. Экспериментальные методы в
динамике космических аппаратов. М., Маши
ностроение, 1978.
Рис. 2.