Текст книги "Эта удивительная подушка"

Автор книги: Карл Гильзин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 14 (всего у книги 14 страниц)

Дорогу экранолету!

Если самолет совершает полет у земли, то при той же затрате топлива «эффект экрана» позволит увеличить полезный груз или же дальность полета. Так, на создание прежней подъемной силы будет расходоваться меньше топлива. Первые опыты для проверки этого эффекта были проведены более сорока лет назад. Оказалось, что при полете тяжелого самолета на небольшой высоте (он совершался над морем на высоте менее десяти метров) полезная нагрузка самолета может быть увеличена.

Но лишь в последние годы появились первые серьезные проекты специальных самолетов, предназначенных для подобных полетов с использованием «эффекта экрана». Они получили название экранолетов или экранопланов. Первый патент на экранолет получил финский инженер Т. Каарио в 1935 году. Он построил и первый экранолет – правда, не самолет, а сани, скользящие над снегом. Одновременно с ним советский инженер и изобретатель П. Гроховский разработал проект транспортного самолета-экранолета по схеме «летающее крыло». Это был первый проект подобного рода. Проводил он и опыты с моделями экранолетов.

В 1964 году испытали свой первый экранолет студенты Одесского института инженеров морского флота. Затем модели экранолетов «Эла» стали строить молодые конструкторы – студенты Политехнического института в Комсомольске-на-Амуре.

Одна из этих моделей была удостоена медали на выставке; работы продолжаются.

Лет пятнадцать – двадцать назад у нас группой молодых инженеров был построен необычный летательный «Дископлан». Он тоже имел крыло в виде диска и очень быстро, почти вертикально, взлетал и садился – «работала» воздушная подушка под крылом.

Настойчиво работают над экранолетами за рубежом: от первых моделей переходят к полноразмерным аппаратам, ведутся испытания.

Один из первых экспериментальных экранолетов построен в Японии. Это катамаран Кавасаки длиной шесть метров, с коротким крылом и обычным гребным винтом, так что взлететь он, естественно, не может.

Над созданием экранолета работает немецкий авиаконструктор А. Липпиш. Его экранолеты представляют собой самолет – летающую лодку с двигателем всего в сорок лошадиных сил.

Испытания показали, что при взлете экранолет летит на воздушной подушке, а когда скорость достигает ста сорока километров в час, то набирает высоту, как обычный самолет. Так что в данном случае экранолет может и ползать и летать. Аппарат одноместный, но конструктор разработал и шестиместный экранолет. Испытания показали, что мощность двигателя экранолета может быть значительно меньше, чем у всех других видов водного транспорта, что привело конструктора к мысли спроектировать трансокеанский экранолет весом пятьсот тонн, рассчитанный на двести – триста пассажиров или двести сорок тонн груза и скорость двести километров в час.

Эта скорость в четыре-пять раз больше, чем у современных океанских лайнеров, но билет на экранолет обойдется вдвое дешевле. А как оценить полное отсутствие качки при сохранении всего комфорта лайнера? Если уж шторм особенно разыграется и волны будут очень большими, экранолет может превратиться в самолет с размахом крыла шестьдесят один метр. Длина самолета-катамарана – сто восемьдесят четыре метра, мощность двигателей – пятьдесят тысяч лошадиных сил.

Трансокеанский экранолет-катамаран предложен в США. Длинные узкие крылья экранолета связывают корпусы-поплавки.

При весе тысяча тонн экранолет рассчитан на три тысячи пассажиров и скорость двести километров в час, но она может быть и значительно больше. Была построена модель экранолета длиной шестнадцать метров, но при первом испытании не выдержала.

Испытывалась в США и модель экранолета «Колумбия», на основе которой предполагалось создать трансокеанский грузопассажирский экранолет весом сто тонн на полтораста пассажиров. Особенностью проекта является сочетание летающего судна на обычной статической воздушной подушке и экранолета.

Аппарат имеет вентиляторы для создания воздушной подушки, которые при достижении большой скорости могут отключиться.

Работы по гигантским трансокеанским экранолетам еще требуют предварительных изысканий, но будущее – за ними, они выгодны.

Экранолет вовсе не обязательно должен иметь крыло, быть похожим на самолет и стремиться в небо. Возможны катера и другие суда, у которых тоже воздушная подушка создается не вентилятором, а встречным потоком воздуха, как у экранолета. В Англии есть катер, не имеющий ни крыла, ни вентилятора, и все же он мчится над водой на воздушной подушке – ее создает широкий корпус катера, он подминает под себя встречный поток воздуха.

Финские сани-экранолет, о которых уже упоминалось, тоже не имели крыла, подушку создавал широкий корпус. У нас в стране отличные аэросани-экранолет создали в самолетном конструкторском бюро А. Н. Туполева. Сани без крыла, подъемная сила корпуса при сравнительно небольших скоростях движения лишь приподнимает его, уменьшая давление на снег. При скорости восемьдесят километров в час давление уменьшается на одну треть, при скорости более ста километров в час сани уже не касаются снега вовсе.

Они становятся экраполетом и опираются на воздушную подушку.

Большая скорость, при которой создается динамическая воздушная подушка экранолета, делает его не очень-то пригодным для движения над неровной сушей. Другое дело – водная гладь. Мчась над водой, на границе двух океанов – водного и воздушного, он может превзойти по своим данным корабль и самолет.

На суше тоже есть вид транспорта, нуждающийся в идеально гладкой и ровной дороге – железнодорожный. Рельсолет на воздушной подушке способен намного увеличить скорость поезда. Но нельзя ли обойтись без вентиляторов для создания подушки? Придать вагону «аэродинамическую» форму, чтобы он при большой скорости обладал подъемной силой и сам создавал воздушную подушку, приподнимающую его над рельсами?

Эта идея высказана еще Циолковским. Ученые нашей страны работают над созданием поезда-экранолета, разработан, в частности, проект крылатого поезда на сто восемьдесят пассажиров, со скоростью шестьсот километров в час.

Есть ряд зарубежных проектов трубопоезда-экранолета. По одному из них поезд стреловидной формы должен лететь в трубе с кольцевым воздушным зазором двести миллиметров между ним и стенками трубы. Зазор создается с помощью небольших изогнутых «крылышек» – они образуют динамическую воздушную подушку, превращающую поезд в экранолет. Скорость поезда по проекту может быть даже сверхзвуковой. Чтобы достичь такой скорости, поезд должен засасывать воздух из трубы перед собой и выбрасывать его в трубу сзади, так что он будет лететь в разреженном воздухе, а сзади его будет толкать воздушная подушка. (Описание принципа движения такого поезда, конечно, упрощено.)

В одном студенческом проекте США предлагается создать летательный аппарат с воздушной подушкой трех сортов! При взлете и посадке воздушная подушка заменит обычное самолетное шасси. Бескрылый, но имеющий аэродинамические очертания крыла корпус создаст динамическую подушку на малых высотах и обеспечит свободный полет при больших скоростях. Наконец, в конструкции аппарата предусмотрены емкости, заполненные гелием, как у дирижабля.

Мы находимся, вероятно, накануне подлинной технической революции в транспорте. Можно думать, что будущее столетие станет веком расцвета новых, невиданных транспортных средств, основанных на использовании чудесных свойств воздушной подушки.

Миллион оборотов

Девиз века «быстрее!» относится не только к средствам передвижения, но и ко всем производственным процессам современной индустрии. Быстрее – значит, производительнее, значит, каждый человек и каждая машина дадут больше продукции, необходимой людям.

Все быстрее движутся различные части машин и станков, быстрее вращаются в подшипниках бесчисленные валы. Но разве просто – заставить вал вращаться быстро? И что значит – быстро? Сколько оборотов в минуту может делать какой-нибудь вал или тут предела нет? А если есть, чем он устанавливается?

Ответ на эти вопросы важен для всей современной техники. Ведь редко найдешь машину или станок без вращающихся валов в самых важных частях.

В большинстве случаев число оборотов вала ограничивается подшипниками, на которые вал опирается. Подшипники – важнейший элемент современной техники, вся она «вращается на подшипниках». Никто не подсчитал, сколько подшипников находится постоянно в работе, им несть числа.

Первый подшипник появился, вероятно, вместе с древним колесом. У многих из людей старшего поколения в воспоминаниях детства присутствует скрип колес плохо смазанной телеги – основного средства сообщения каких-нибудь полвека назад. Всего полвека, а как изменился мир! Даже бесшумное автомобильное колесо, обутое в воздушную подушку-шину, уже не устраивает: подавай летающие автомобили, летающие поезда…

Скрипит колесо – это скрипит ступица колеса, его подшипник. Он нуждается в постоянном уходе, прежде всего смазке. Не для того, чтобы унять противный скрип, это бы еще полбеды. Скрип – первый сигнал неблагополучия со смазкой, сигнал тревоги. Без смазки ни один подшипник работать не может.

Без смазки вращающийся вал будет тереться непосредственно о поверхность подшипника. Как ни гладка поверхность трущихся деталей, она усеяна незаметными глазу пиками и впадинами, которые отчетливо видны в окуляре микроскопа, – они и есть первопричина так называемого сухого трения. А оно смертельно опасно для подшипника, так как приводит к его износу и перегреву. Ведь сильное трение означает, что в тепло переходит большая работа трения – один шаг до выхода подшипника из строя из-за заклинивания или разрушения.

Когда подшипник смазан, то вал и подшипник разделены тонким слоем смазочного масла. Столь велика роль этой масляной пленки, что без преувеличения можно сказать – на ней держится вся современная индустрия.

Роль смазки была оценена людьми в самые старинные времена. Во всяком случае, египетский рисунок давностью почти три тысячи лет изображает человека, льющего смазочное масло под салазки, перевозящие тяжелое каменное изваяние. Археологи нашли остатки смазки в ступицах колес древних повозок, возраст которых не менее трех с половиной тысяч лет.

Смазочное масло непрерывно течет сквозь едва видимый зазор между вращающимся валом и подшипником, образуя там масляную подушку, поддерживающую вал. Теперь уже трется не вал о подшипник, а слои масла в подушке друг о друга. Трение в жидкости неизмеримо меньше – значит, меньше работа трения и выделяющееся тепло. Но и оно уносится маслом, которое не только смазывает, но и охлаждает подшипник, дважды защищая его от перегрева. Смазка нужна любым подшипникам – и опорным, подобным описанному выше, и упорным, когда нагрузка действует вдоль вала – в случае трения скольжения или качения.

Всем хорошо смазочное масло, но и оно сдает, когда число оборотов сильно возрастает. Как ни мало трение в масляной подушке, оно быстро увеличивается с числом оборотов. И вскоре ставит предел дальнейшему росту числа оборотов.

Техника не терпит барьеров на пути своего развития. Разумеется, и барьер числа оборотов будет преодолен, уже успешно преодолевается. С помощью все той же воздушной подушки.

Это одно из самых важных его применений.

Идея воздушной смазки вместо масляной вполне оправдана – трение в газе неизмеримо, в сотни и тысячи раз слабее, чем в жидкости, им можно пренебречь. Это и позволяет практически снять барьер оборотов.

Идея подшипника с воздушной смазкой проста. Воздух под давлением поступает в зазор между валом и подшипником и поднимает вал, всплывающий на тончайшей воздушной подушке. Ее толщина измеряется долями миллиметра, ведь поверхности вала и подшипника гладкие, имеют лишь микроскопические неровности. Но зато давление воздуха в подшипнике значительно больше, чем в воздушной подушке летающего судна или автолета, оно обычно равно нескольким атмосферам.

Подшипник с воздушной смазкой может быть устроен и иначе, напоминая экранолет. В этом случае воздух в зазор подшипника под давлением не подводится, вращающийся вал создает сам динамическую воздушную подушку, подминая окружающий воздух под себя. Какой вид воздушной смазки выгоднее в данном подшипнике – аэростатический или аэродинамический, устанавливают тщательным расчетом.

Бесчисленное множество воздушных подшипников работает в различных высокооборотных машинах и приборах современной техники.

Имеются фрезерные станки, в которых зубчатая фреза вращается на воздушных подшипниках, делая полмиллиона оборотов в минуту. С подобным же числом оборотов вращаются на воздушных подшипниках веретена ткацких станков, ультрацентрифуги в научных лабораториях и даже бормашины в зубоврачебных кабинетах – они практически безболезненны!

Проблему высокооборотности воздушная подушка, можно считать, решила окончательно. В подшипниках малых размеров число оборотов уже превысило миллион в минуту! Ограничивает его уже не подшипник, а прочность вращающегося вала и связанных с ним деталей.

Рекорд высокооборотности установлен воздушным подшипником в содружестве с магнитной опорой. Магнитная подвеска, создающая воздушный зазор между вращающимися деталями, известна давно, но лишь в последнее время приобретает все большее значение в связи с требованиями сверхточной техники. Ее преимущество в том, что она может действовать в вакууме – разреженная атмосфера позволяет достичь особенно высокого числа оборотов: ведь трение воздуха, как оно ни мало, все же замедляет вращение.

В одной из новых машин для производства синтетических волокон вал вращается с миллионом оборотов в минуту, опираясь на невидимый магнитный подшипник. Еще намного больше число оборотов сверхцентрифуги – при диаметре тридцать миллиметров она делает шесть миллионов оборотов в минуту! При таких оборотах магнитный подшипник необходим, центрифуга должна вращаться в вакууме.

Нужна как воздух

Как бывают довольны мамы, когда им удается купить детям ботинки с прочной, неизнашивающейся подметкой. Лучше похвалы быть не может – износу нет!

Никак не меньше радуются инженеры, имея дело с надежным, неизнашивающимся, не требующим ремонта оборудованием. Ремонт не только обременителен из-за сложности, трудоемкости, стоимости. Главное, он нарушает нормальный ритм производства: станки, машины, конвейер приходится останавливать.

Вот почему одним из главных требований к современным машинам является надежность, длительность работы без ремонта. Чем меньше изнашивается машина в работе, тем больше, как говорят, межремонтный период ее работы. Тем она качественнее, ценнее.

Изнашиваются прежде всего трущиеся детали и части машины. Чем больше трение, тем больше износ. Там, где применен воздушный подшипник, трения практически нет. Значит, нет и износа.

Особенно нужны подшипники там, где обычная смазка не годится. В атомных котлах и других ядерных установках радиоактивное излучение быстро ухудшает смазочные свойства обычных масел, и они становятся непригодными. Воздушные подшипники спасают положение.

Другой пример – различные химические производства. Часто машины и механизмы находятся в непосредственном контакте с веществами, вступающими в реакцию со смазочными жидкостями. Ясно, что и здесь могут найти применение подшипники с воздушной или газовой смазкой. Иногда смазка осуществляется газами, участвующими в самом технологическом процессе. Требования высокой чистоты конечного продукта исключают в этих случаях применение для смазки посторонних веществ.

Важна воздушная смазка, когда рабочие температуры машин очень высоки или, наоборот, низки – в металлургии, криогенной технике. При подобных температурах жидкие смазочные вещества, как правило, непригодны.

Любое устройство, прибор, изделие, плавающее на воздушной смазке, крайне чувствительно даже к ничтожным по величине усилиям: ведь трения-то нет. Стоит легко коснуться пальцем – и плита с прибором или изделием поехала… Это помогает избавиться от всяких «посторонних» воздействий, способных исказить результаты испытаний, ухудшить точность обработки или измерения. Если плита неподвижна, значит, никаких вредных воздействий нет. Поэтому часто воздушная смазка применяется в точных испытательных стендах, контрольно-измерительных устройствах и приборах.

Применена она, например, учеными-биониками, изучающими секреты насекомых, отлично управляющих движением своих многочисленных лапок. Как это им удается? В опыте таракан был помещен на пингпонговый шарик, свободно плавающий на подушке, создаваемой струей воздуха. Любое движение насекомого вызывало вращение шарика.

Когда искусственный спутник Земли находится на орбите, то его ориентация, то есть положение в пространстве, постоянно меняется: он может поворачиваться, кувыркаться, колебаться. Управление ориентацией осуществляется автоматически с помощью миниатюрных ракетных двигателей – струи вытекающих из них газов разворачивают спутник в нужную сторону. Сила реакции струй обычно ничтожно мала, в граммы и доли грамма, однако она способна повернуть массивный аппарат – ведь в космосе нет сопротивляющейся среды.

Но как испытать систему на Земле, в лаборатории? Пожалуй, только воздушная смазка и может помочь решить эту сложную задачу. Специальные лабораторные установки имитируют «космические условия» – массивная платформа с испытуемым оборудованием плавает в установке на воздушной смазке без трения Она способна поворачиваться под действием даже небольшой реактивной силы двигателя системы ориентации.

Трудно иной раз поверить своим глазам, видя, как легко смещается на сферической опоре с воздушной смазкой этакая махина весом во много тонн! В одной из установок платформа диаметром около четырех метров и высотой более двух метров весит девять тонн, а поворачивается на отшлифованной стальной сфере диаметром около полуметра с помощью тончайшего слоя воздушной смазки от любого дуновения.

Пожалуй, еще более сложная задача возникает перед учеными, которым нужно имитировать в земной лаборатории невесомость, поджидающую космонавта в полете. Полностью подобная имитация невозможна – чтобы испытать невесомость, надо побывать в космосе. И все же воздушная смазка может помочь хотя бы частично воссоздать невесомость и в лаборатории.

Чтобы проверить работоспособность и поведение космонавта в имитируемых условиях невесомости, ученые создали ряд установок. Ключевая роль в них выпадает на долю воздушной смазки. Космонавт, свободно «плавающий» в лаборатории на воздушных подшипниках, может отрабатывать, тренировать операции, которые ему предстоит затем выполнять в космосе. Отсутствие трения создает условия, во многом, хотя и не полностью, воссоздающие космическую невесомость. Удается проверять, как ориентируется человек в космосе, как ему удается выполнять физические упражнения, прилагать различные мышечные усилия.

Хотя подобные установки и не могут заменить истинного космического полета, все же они много значат для тренировки будущих космонавтов и для ученых, изучающих проблемы космической биологии и медицины.

Для научно-технического прогресса воздушная подушка нужна поистине как воздух!

В заключение – еще несколько слов о книге

Чтобы познакомиться с воздушной подушкой, нам пришлось совершить« вылазки» во многие отрасли науки и техники, побывать водолазами и спасателями, туристами и шоферами, шахтерами и литейщиками, воздухоплавателями и космонавтами, моряками и железнодорожниками, строителями и учеными…

Разве один этот далеко не исчерпывающий перечень не говорит о том, что воздушная подушка и в самом деле удивительна?

Впрочем, удивителен, скорее, человеческий разум, проникающий в сокровенную суть вещей, находящий поразительные по простоте и остроумию решения сложнейших научных и технических задач.

Москв7

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ДЕТСКАЯ ЛИТЕРАТУРА»

1976

6

Г47

Научно-художественная литература

РИСУНКИ Б. БЕЛОВА

Гильзин К. А.

Г47 Эта удивительная подушка. Научно-художественная литература. Рис. Б. Белова. М., «Дет. лит.», 1976.

192 с. с ил.

В книге рассказывается о самых различных применениях воздушной подушки в настоящее время и в будущем: о летающих автомобилях, судах и поездах, о воздушных домах, о городах под куполом и многом другом.

6

Г 70803—618 459—76

М101 (03)76

© ИЗДАТЕЛЬСТВО «ДЕТСКАЯ ЛИТЕРАТУРА», 1976 г.

Для среднего и старшего возраста

Карл Александрович Гильзин

ЭТА УДИВИТЕЛЬНАЯ ПОДУШКА

Ответственный редактор Э. П. Микоян.Художественный редактор Т. М. Токарева.Технические редакторы В. К. Егороваи И. Я. Колодная.Корректоры H. Е. Кошелеваи Н. А. Сафронова.Сдано в набор 12/1V 1976 г. Подписано к печати 3/XII 1976 г. Формат 60×90 ¹/ ₁₆. Бум. типогр. № 1. Усл. печ. л. 12 Уч. – изд. л. 11,86. Тираж 100 000 экз. А 08689. Заказ № 164. Цена 53 коп.

Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Детская литература». Москва, Центр. М. Черкасский пер., 1.

Калининский ордена Трудового Красного Знамени полиграфкомбинат детской литературы им, 50-летия СССР Росглавполиграфпрома Госкомиздата Совета Министров РСФСР. Калинин, проспект 50-летия Октября, 46.