Необыкновенная жизнь обыкновенной капли - [3]
К нашему разговору прислушивались другие пассажиры, и я понял: мои капли могут заинтересовать не только специалиста.
Самолет стал набирать высоту.
Мы прошли над грозой... А я погрузился в воспоминания.
...Корпуса московского ЦАГИ на улице Радио, просторный двор около ангара, идут испытания огромной модели центробежной форсунки. Она теперь принадлежит истории техники, ее помнят поколения студентов и инженеров по фотографиям в учебниках и научных статьях. Эта непривычно громадная «царь-форсунка» со стеклянным дном позволяла заглянуть сзади в камеру закручивания и увидеть на ее оси миниатюрный смерч воздушного вихря. Конус распыливания — широкий веер капель бил из соплового отверстия чуть не до знаменитой кирпичной башенки с ветряком, венчающим здание ЦАГИ. И в этой плотной сетке капель, почти у моих ног, возникла радуга — символ будущего решения моей неотвязной задачи...
...В те дни все мы, небольшой молодой коллектив группы реактивной техники, ложились спать и вставали с вопросом: как измерить летящую каплю? Тогда я не знал, что имеется теория радуги, что в природе есть и другие оптические чудеса и существует целая наука — метеорологическая оптика.
«Однако,— резонно думал я,— должна же быть какая-то связь между диаметрами капель и структурой радуги, по ней я и определю каплю, только нужно получить радугу в лабораторной комнате».
В моем воображении радуга превратилась в радостно многоцветную триумфальную арку. За ней, думалось мне, открывается путь научных побед. Позднее я убедился, что к истине ведет отнюдь не прямой и не ровный путь.
***
Годы войны. Пространством над планетой еще владеют винтомоторные самолеты, но уже восходит эра реактивной авиации и ракетной техники. Поршневой двигатель и пропеллер начинают задыхаться на пределе своих возможностей. Быстрее, выше, дальше — война резко ускорила процесс создания новых летательных аппаратов. Мысль ученых, инженеров, изобретателей разных стран, созревшая уже в довоенные годы, теперь воплощалась в металл.
Истребитель на фронте еще летает со скоростью 500—550 км/ч, но уже самолеты с ТРД (турбореактивным двигателем) дают скачок скоростей до 700— 800 км/ч. Сообщения следуют одно за другим. Героический и трагический полет советского летчика Г. Я. Бахчиванджи на самолете конструкции А. Я. Березняка и А. М. Исаева, созданного под руководством В. Ф. Болховитинова,— первый полет аэроплана БИ1 с ЖРД (жидкостным реактивным двигателем).
Схватки реактивных аппаратов в воздухе Европы: английские «Метеоры» с ТРД догоняют и сбивают над Францией немецкие «летающие консервные банки» — ракеты ФАУ-1 с пульсирующим ВРД (воздушно-реактивным двигателем). Итальянцы испытали самолет «Капрони-Кампини». Появляются на нашем и западном фронтах немецкие «Мессершмитты-262» с ТРД. В сентябре 1944 года немцы стали применять баллистические ракеты ФАУ-2 с мощными ЖРД. Из 1402 ракет, выпущенных по Великобритании, 517 взорвались в Лондоне.
Новые, невиданные двигатели строились, опережая едва зарождающуюся науку о рабочих процессах, происходящих в них,— так часто случается при быстром развитии техники. Смелый бросок инженерной мысли опережает точный расчет, опирается на первых порах лишь на интуицию и приближенные рассуждения. Некоторые узлы двигателей — плоды «голой» эмпирики, долгой отработки без глубокого понимания природы сложных явлений, с которыми столкнулись инженеры.
Как известно, ТРД большинства самолетов — от многоместного пассажирского до истребителя-перехватчика — это большая труба-сигара со сложной начинкой (рис. 1). При полете через воздухозаборник в нее нагнетает воздух многоступенчатый входной компрессор. Он вращается на центральной оси и похож на детскую пирамидку с «кружочками» метрового диаметра, с лопатками и с «колпачком» пирамидки — передним коком-обтекателем.
Поток попадает в камеры сгорания — трубки, расположенные внутри венцом по окружности. В каждой камере— форсунка, разбрызгивающая топливо, источник энергии двигателя.
Его надо сжечь, но в необычных и сложных условиях ураганного газового потока. В камере химическая энергия топлива перейдет в тепло, нагреет и разгонит газ. Далее поток пройдет сквозь турбину, заставит ее вращаться, а вместе с нею и компрессор. И уж затем поток сжатых газов вырвется из выходного сопла двигателя, и по законам механики самолет или ракета получит импульс движения в противоположную сторону.
Камера сгорания реактивного двигателя — узел, обычно самый простой по конструкции и самый сложный по физике процессов. В камерах ТРД авиалайнеров нет сложных вращающихся деталей, подобных турбине или компрессору, которые работают в других частях двигателя. Здесь работает капля.
Как это происходит? Через цепь трансформаций, претерпеваемых жидкой частицей. Эту цепь составляют пять сложносочлененных звеньев: распыливание, полет роя капель, испарение, смешение паров с воздухом и горение. Цепочка сплетена из разнородных по природе процессов, подведомственных многим наукам (гидроаэромеханике, физике, химии) и называемых в технике элементарными процессами смесеобразования и горения. Анахронизмы, рожденные первым подходом к явлению, живучи: в действительности процессы не более элементарны, чем элементарные частицы в атомной физике, и термин выражал лишь уровень тогдашнего знания и мышления. В принципе смесеобразование одинаково для разных типов двигателей. Но наблюдать его легче и наглядней всего в камере сгорания ПВРД — прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
