Крылья Родины

Но для того чтобы этот бесконечный поток воздуха был ровным и постоянным, надо было придать и трубе и помещению, игравшему роль кожуха, хорошо обтекаемые, аэродинамические формы.

Чтобы поток воздуха, выходя из трубы, не срывался вихрями, а плавно огибал ее концы, пришлось стенки трубы делать чрезвычайно толстыми, закругляя их на концах. Конечно, толстые стенки трубы делались внутри пустыми, но труба с внутренним диаметром в 1 метр в таком случае имела уже внешний диаметр в 3, а то и в 4 метра. Для установки такой замкнутой трубы в помещении, как в кожухе, оно должно было иметь высоту по меньшей мере 6 метров, и, значит, его нужно было строить специально для данной трубы, ибо самые парадные комнаты в обычных зданиях не имеют такой высоты.

Идея разъемной трубы разрешала вопрос довольно остроумно. В одном помещении можно было поставить две трубы разного диаметра с одной вентиляторной установкой и одним кожухом — правда, с разными скоростями потока в трубах, но с этим обстоятельством можно было мириться.

Хотя трубу проектировали для установки в специально строившемся помещении аэродинамической лаборатории, строители вовсе не располагали бесконечными возможностями. Для трубы с диаметром одной части в 3 метра, а другой — в 6 метров требовался кожух высотой 16 метров и длиной 52 метра. По тем временам такое сооружение казалось грандиозным и, когда оно было осуществлено, оказалось действительно единственным в мире.

Основную задачу, как произвести разъем двух труб, разрешил К. А. Ушаков. Он поставил часть трубы на колеса. Достаточно было небольшого усилия, чтобы движущаяся по рельсам отъемная часть заняла то или иное рабочее положение.

С точки зрения строительного искусства конструкция трубы представляла большой интерес по своей новизне.

Автором конструкции был инженер ЦАГИ А. М. Черемухин, которому при постройке трубы пришлось быть и технологом и производителем работ. Главные трудности дела заключались в необычности как самого объекта, так и конструкции. Для производства деталей, монтажа частей и всей трубы в целом пришлось разработать специальную технологию, между тем как в мировой практике не было опыта постройки таких конструкций.

Постройка большой трубы: деревянные кольца А. М. Черемухина.

При постройке трубы строителям ее пришлось решать ряд самых неожиданных в строительной практике вопросов. Стенки трубы делались полыми, то-есть пустыми внутри, а между тем, как это мы теперь можем уже и сами сообразить, зная закон Бернулли, они должны были при работе трубы выдерживать атмосферное давление при значительном разрежении воздуха внутри трубы.

Этот вопрос и многие другие были строителями разрешены очень остроумно.

Вся труба состоит из деревянных колец диаметром до 13 метров. Кольца делались из досок, звенья которых соединялись между собой одним болтом.

Собирали кольца на земле по чертежам конструктора, представляющим геометрическую схему кольца с указанием расстояний между отверстиями для скрепляющего болта.

Если вспомнить, что кольцо имело высоту четырехэтажного дома, то легко представить себе его вес, который доходил до тонны при изумительной «легкости» конструкции.

В этой трубе вообще поражала легкость строения при весьма тяжелых и больших элементах. Легкостью отличалось и конструктивное решение предложенной Ушаковым схемы. Гигантская пробка диаметром в 13 метров и весом в 10 тонн перекатывалась на колесах необычайно легко, то соединяя части трубы, то размыкая их.

Так русский аэродинамический центр стал обладателем единственной в мире трубы — вернее, двух труб — с хорошими аэродинамическими формами, с быстрым и простым включением в работу первой и второй труб, со сравнительно малым расходом энергии при скорости потока в меньшей трубе до 80 метров в секунду и в большой — до 25.

При конструировании вентилятора с его трехметровыми лопастями строители большой трубы воспользовались лопастями типа «НЕЖ». Вентилятор, как это стало практиковаться еще раньше, всасывал воздух из помещения через особый коллектор в виде воронки с противоположного конца трубы, а не нагнетал его в трубу, как делалось прежде. Из коллектора поток проходит через спрямляющую его решетку, поступает в рабочую часть трубы, где получается наиболее чистое, равномерное течение, входит во вторую рабочую часть, играющую роль успокоителя и выпрямителя перед вентилятором, и отсюда, пройдя в обратный канал с радиальными перегородками, уничтожающими вращение потока, вызываемое вентилятором, обегает трубу снаружи и вновь поступает в коллектор.

Вентилятор большой трубы.

Легко представить, какой шум поднимает во время работы этот ураганный поток воздуха. При скорости в 100 метров в секунду, то-есть 360 километров в час, через трубу проходит за час около 2,5 миллиона кубических метров воздуха. Воздух, проходя через трубу, сильно нагревался, и потому пришлось думать об охлаждении его. Конструкторы воспользовались разностью давлений в обратном канале и в атмосфере и создали автоматическую вентиляцию.

Если напомнить, что 6 метров — это ширина наших шоссейных дорог, легко догадаться, что в большой трубе представилось возможным испытывать уже не модели, а отдельные части самолета в натуре. В трехметровой же трубе испытывались большие модели, гребные винты, авиационные моторы.

Исследование всякого тела в аэродинамической трубе имеет целью получить его аэродинамическую характеристику. В эту характеристику входят три силы и три момента, или, как говорят, шесть компонентов. Силы — это лобовое сопротивление, подъемная сила и боковая сила, возникающая при боковом наклоне движущегося в воздухе тела. Моменты определяют устойчивость движущегося тела в пути по горизонтальному, вертикальному и боковому направлениям. Неустойчивость, соответственно, выражается в том, что самолет качается, как корабль на волнах, рыскает из стороны в сторону, как лошадь, впервые запряженная в коляску, кренится с боку на бок, как лодка, идущая не поперек волн, а вдоль их.

Продольный разрез большой трубы.

Силы «взвешиваются» и выражаются в килограммах и килограм-метрах. Для определения подъемной силы, например, испытываемая модель или натуральная часть самолета — скажем, крыло, фюзеляж — подвешивается к весам, после чего замечается вес модели. Как только модель начнет испытывать на себе действие скоростного напора воздуха в трубе, тотчас же стрелка весов, если это весы такого типа, покажет иной вес модели. Разность показаний и будет определять в весовом исчислении подъемную силу.

Все это не так просто, как кажется. Надо подвесить модель так, чтобы весы измеряли только ту силу или момент, которые они назначены измерять. Весы нельзя поместить в трубе, и модель не ставится на весы, а подвешивается к ним. Значит, нужно найти способ, как передать усилия находящейся в трубе модели на весы, помещающиеся вне трубы. Тут возникает целая система рычагов, тяг, блоков, точная организация которой требует большой остроты конструкторской мысли.

Для того чтобы искусственно воспроизвести различные условия протекания аэродинамических явлений в природе, нужны не одна и не две трубы. Вслед за большой трубой были построены еще две трубы меньшего диаметра, но больших скоростей потока. При проектировании их пришлось справляться с очень большим внешним давлением на стенки во время работы трубы. Уже у трехметровой трубы оно составило около семисот пятидесяти килограммов на один квадратный метр. Это значит, что на дверь рабочей камеры, находящейся в полой стенке трубы, воздух давит с силой до тонны, так что открыть дверь можно, только остановив трубу.