В рамках празднования Дней российской науки в Академгородке прошло множество интересных и познавательных мероприятий. Не стал исключением и Институт теоретической и прикладной механики, где под чутким руководством ученого секретаря Бориса Михайловича Меламеда была проведена экскурсия по аэрогазодинамическому комплексу. Гости могли увидеть в работе впечатляющие размером установки, большая часть из которых является уникальными, причем не только в России, но и в мире.
ИТПМ имеет целый комплекс аэрогазодинамических труб самого разного калибра: есть дозвуковые, сверхзвуковые и гиперзвуковые трубы. Определяется калибр той или иной установки с помощью числа Маха. Звучит довольно устрашающе, а по факту ничего сложно здесь нет: числом Маха называется соотношение скорости летательного аппарата и скорости звука. Если скорости равны, то число Маха равняется 1. Если скорость летательного аппарата в 10 раз больше скорости звука, то число Маха равняется 10. И так далее.
Зачем вообще нужны подобные установки? Ведь целый самолет даже в самую большую трубу не поместится, как же в таком случае проверяются аппараты?
На самом деле очень важно провести «продув» каждой из частей самолета по отдельности, это некие превентивные мероприятия.
Продув представляет из себя следующий процесс. Модель того или иного летательного аппарата помещают в аэродинамическую трубу, где затем создают поток воздуха, который был бы при полете в атмосфере. Сама модель неподвижна, но ее с определенной скоростью обдувает воздух. «В итоге мы получаем необходимые характеристики здесь, на земле, без сооружения больших дорогостоящих моделей. Мы изучаем аэродинамические характеристики таких устройств, а затем даем свои рекомендации конструкторам, проектировщикам, которые впоследствии и делают реальные самолеты», – рассказал Борис Михайлович.
Первой остановкой экскурсионной группы стала сверхзвуковая труба Т-313, которая была заложена еще в самом начале создания института академиком С. А. Христиановичем. Естественно, в течение времени установка прошла около 8-10 модернизаций, однако в общем и целом дизайн, если так можно выразиться, остался прежним. Т-313 – труба периодического действия, а значит, самому эксперименту предшествует подготовительная стадия. Наверняка все замечали огромные бочки, установленные около института. Бочки служат не только для устрашения прохожих, но и для производства сжатого воздуха, необходимого для продува. Компрессорная станция нагнетает с помощью компрессоров в газгольдерные бочки воздух, которые затем по газоходам под землей переходит в трубу. Здесь газ поступает в специальное устройство, сапло, и разгоняется до Маховых скоростей. В следующем отделе установки стоит модель, оснащенная разными датчиками. По завершению продува с датчиков снимаются показания; полученные данные обрабатываются, и затем уже можно точно понять, что же происходит в тех или иных условиях с изучаемой моделью. Сейчас на Т-313 проводятся в основном фундаментальные исследования, а модели полноразмерные проверяются редко, намного чаще «дуются» соединения различных частей, например, крыла и фюзеляжа и т.п.
К слову сказать, ИТПМ сотрудничает со многими организациями, причем не только с отечественными, но и с зарубежными: с Европейским космическим агентством и американской корпорацией «Boeing».
Далее гостям продемонстрировали сверхзвуковую аэродинамическую установку Т-326, во многом аналогичную предыдущей. Как рассказал Борис Михайлович, Т-326 предназначена для устранения возмущений: «Когда самолет летит в атмосфере, вокруг него находится неподвижный воздух, который практически не воздействует на самолет. При работе с моделями необходимо соблюдение таких же условий. Но! Со стороны стенок установки наблюдается определенное воздействие: они же закрываются, уплотняются, и если есть шероховатости, возникают возмущения, которые вместе с воздухом попадают на модель и искажают истинные показания. Необходимо, чтобы этих возмущений со стороны самого сопла и окружающего модель воздуха было как можно меньше. Наша Т-326 вырезана очень удачным образом, это чуть ли не лучшая установка в мире».
Третьей «Т» в экскурсионной программе стала дозвуковая труба Т-324, которая, между прочим, есть только в ИТПМ и в ЦАГИ (прим.: Центральный аэрогидродинамический институт им. Н. Е. Жуковского). Чтобы лучше понять проводимые в лаборатории эксперименты, нужно представить себе зажженную сигарету. Если присмотреться, то сначала от нее идет слоистый дым, а затем уже закрученный. Слоистый дым – аналог ламинарного потока, а закрученный – турбулентного. На крыле самолета имеется некий ламинарно-турбулентный переход, и когда аппарат обтекает ламинарный поток, сопротивление намного меньше, чем при турбулентном. Исследователи стремятся создать на как можно большей поверхности именно ламинарный поток: за счет этого снизится сопротивление, а значит, и расход топлива. Таким образом мы сможем сэкономить до 30% топлива.
В ИТПМ занимаются еще и сугубо прикладными направлениями, если можно так выразиться. К числу подобных относятся в некоторой степени лазерные технологии: лазерная резки, накладка, сварка и т.п. Эти технологии на самом деле знакомы каждому: повсеместно известные самозатачивающиеся тяпки сделаны как раз по схожему принципу.
Инструмент обрабатывается таким образом, чтобы на одной поверхности упрочнение было гораздо выше, чем на другой; при работе с такой тяпкой одна сторона стирается, а другая – практически нет, вследствие чего и происходит самозатачивание.
Весьма значимым достижением ИТПМ считается разработка технологии холодного газодинамического напыления. Обычно при напылении необходимо расплавить исходный порошок и только потом уже его наносить. Порошок застывает, и получается нужное покрытие. Есть специальные установки, которые таким образом действуют: в плазменную струю добавляют порошок, который, натекая на преграду, образует пленку. Однако при этом методе расплавленный порошок теряет некоторые физико-механические свойства.
Новая технология позволяет производить напыление практически при комнатной температуре: в сапле подается через дозатор нужное количество порошка; благодаря высокой скорости частицы порошка, попадая на поверхность, растекаются и создают тонкое, но крайне твердое многослойное покрытие. Холодное газодинамическое напыление использует, например, в работе с контактными сетями. Обычно контакты сделаны из углевода и довольно быстро стираются, но если их покрыть – естественно, с помощью холодного газодинамического напыления – слоем меди, смешанной с всего-то одним процентом специально приготовленного тефлона, то долговечность резко увеличивается за счет уменьшения сопротивления.
Безусловно, гостям института удалось только немного погрузиться в повседневную жизнь института, что, впрочем, хорошо: те, кто действительно заинтересовались наукой, вернутся сюда еще не раз, и уже не в качестве посетителей, а в качестве исследователей.
Маргарита Артёменко
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии