Чтение онлайн

Японский ученый Ока решил задачу о распаде уже сформировавшегося неподвижного кольца. Она анало­гична рэлеевской, ведь кольцо— замкнутый цилиндр. Оказалось, что число частей при распаде зависит от отношения толщины кольца к его диаметру. Много позже моих опытов по установлению условий дробле­ния в иностранной литературе появились фотографии падающей в воздухе и дробящейся капли. Последова­тельность фаз деформации на фотографиях нам теперь понятна, она результат распределения давлений на шаре (см. рис. 13). Получается, что разрежение в кор­мовой части оттягивает, а давления в лобовой плющат и продавливают исходную форму. При этом разрежения по боковому поясу (в поперечном сечении) отсасывают жидкость на периферийную окружность. Возникший вначале диск с центральной вмятиной превращается в кольцо, обтянутое колпаком жидкой пленки, она быстро рвется. Остается неустойчивое кольцо, распадающееся на симметричные или антисимметричные волны — кап­ли при обязательных спутниках, мелких шариках Пла­то. С готовым кольцом математика еще справляется, но рассчитать деформацию «капля — кольцо» никому не удается.

Странное дело: сколько раз нам уже попадалась кольцевая форма. Радуга, кольцевая волна, отделив­шаяся от пелены центробежной форсунки, теперь коль­цо из жидкого шарика в воде, из капли в воздухе. Если вы занимаетесь каплями, жидкое кольцо часто будет сопровождать вас, как рондо повторяющейся мелодии. В этом, наверное, проявляется круговая симметрия на­шего видимого мира, симметрии силовых и волновых полей.

Эксперименты по дроблению капель завершились, и я успел до конца года представить научный отчет по внеплановой теме.

План научно-исследовательских работ в институтах того времени не был столь жестким и всепроникающим, как потом. Иногда (и далеко не всем) разрешалось то, что летчики военной поры называли свободной охотой: полет в определенном направлении, но без конкретного задания — цели для атаки выбираются «по ходу дела». Я не за бесплановость или растягивание сроков, но жизнь показывает: план в науке иногда может и должен стать понятием растяжимым. Бывает, что план, как око­стеневший панцирь, мешает росту живого организма исследования.

Научный работник обычно сам принимает участие в планировании, выдвигая тему, а иногда и сроки. И сам же часто попадает в свой капкан. Оценить время работ по новой теме, когда основная идея до конца и в деталях не ясна, чрезвычайно трудно. А если вдруг по ходу дела обозначился новый, более обещающий пово­рот? Откуда взять резерв времени? Мы придаем долж­ное значение материальным и другим резервам, а почему со временем должно быть иначе? Из своего горького опы­та я вывел правило: «коэффициент запаса» — планируе­мый интервал времени, который на первый взгляд ка­жется вполне достаточным,— умножай на два, тогда, ра­ботая с полным напряжением, едва уложишься в срок.

К слову, об оценке результатов исследовательских работ: проблема непростая и по сей день актуальная. Все зависит от научной и практической значимости за­дачи. Иногда и отрицательный результат (полученный с точностью до «наоборот») полезен. В других случаях добытые материалы без серьезного анализа точностей вообще не имеют ценности. А есть еще и такие темы: если в конце узнаешь хотя бы, как следовало ставить работу в начале,— считай результат положительным.

Как сделать туман!

Первый этап моих исследований, возникший из случай­ного наблюдения, завершился. Опыты проводились на сравнительно крупных каплях, диаметром 0,8—3 милли­метра. Предстоял второй этап. Нужно было доказать универсальность свойства дробления движущихся ка­пель вплоть до самых мелких, обитающих в камерах сгорания. Вопрос этот оставался открытым, ведь мел­кая капля быстро увлекается потоком, при этом ее от­носительная скорость и активные силы падают, дефор­мация не успевает дойти до критической фазы, и рас­пад не происходит.

Переход к более мелким частицам серьезно услож­нял эксперимент. Но прежде всего мы нуждались в этих самых мелких частицах. Так в пятидесятые годы возник­ла проблема точно калиброванных капель. Требовался Прибор, «штампующий» строго однородные капли заранее Известного диаметра, хотя бы до 100—200 микрометров.

Обычные пипетки давали капли порядка два-три миллиметра. «Штучное» производство ртутных капель под микроскопом в первых опытах было решительно пре­сечено нашей охраной труда.

Как же получить однородные мелкие капли? Каза­лось бы, чего проще. Вытянуть на горелке носик пипет­ки хоть до толщины волоса — вот и устройство для по­лучения самых маленьких капель. Увы! Мы уже не раз могли убедиться в сюрпризах мира капель. Помните, в вопросе о форме жидкой частицы нас обманула интуи­ция, сейчас обманывает так называемый здравый смысл. В действительности получится вот что: на кончике тон­чайшего капилляра все равно соберется крупная капля жидкости и сама полезет вверх, нанизываясь на капил­ляр, как бусинка. Большие капиллярные силы высасы­вают жидкость на внешнюю поверхность стекла, и уже не поймешь, жидкость в капилляре или капилляр в жид­кости. По водяной пленке и поднимается капля, легко преодолевая силу тяжести; стряхнуть ее очень трудно, она крепко держится за трубочку.

Тогда решили обмануть капиллярность и испробо­вать не трубочку, а распылитель (форсунку) с микро­каналом длиною не менее десяти диаметров для равно­мерного течения. Это вызвало технологические труд­ности — дефицитные сверла в десятую долю миллиметра безбожно ломались. Когда их осталось всего десять, на­чальник нас просто выгнал из инструментальной кла­довой.

Кто-то вспомнил новинку тех лет, а теперь широко распространенный метод электроэрозии, он позволял делать ранее невозможное — сверлить «кривое ружье» или тончайший канал. Я однажды наблюдал работу электроэрозионной установки: было весело глядеть, как голубые микромолнии били с острия простой проволоч­ки в деталь (оба являлись электродами электроцепи), расплавляя материал в маленькой точке поверхности и вырывая капельки металла. Проволочка трудолюбиво прогрызала себе путь, погружаясь в канал. Изобретате­ли — чета Лазаренко — работали раньше у нас. Они, между прочим, опубликовав статью в журнале, не удосужились оформить авторское свидетельство. Когда встал вопрос о продаже установки за границу, там предъявили патент (по существу, присвоивший чужую идею) и предложили купить установки у них. Как известно, теперь все предусмотрено для исключения таких казусов: наша страна — участник международного соглашения об авторском праве.

Начальник электроэрозионной мастерской инженер Шмуклер был энтузиастом метода. Обнадеженные и веселые, мы моментально составили служебную запис­ку: «Просим прошмуклеровать отверстия в распылите­лях...» Наш начальник сектора, не читая, подписал (на что и рассчитывалось). Шмуклер сначала рассердился, потом рассмеялся — к вечеру мы получили распылите­ли. Термин «прошмуклеровать» с чьей-то легкой руки вошел в быт института.

Увы, форсунка с тончайшим отверстием не оправда­ла надежд. Высокое гидравлическое сопротивление канала затрудняло подбор давления подачи, а требова­лась мизерная скорость истечения. Струйка то прерыва­лась, то текла (по выражению механиков) «сикось- накось» — эрозия создавала слишком неровную поверх­ность, капли получались неодинаковыми.

Придумать с ходу калибровочный прибор не уда­лось, оказалось непросто реализовать ходячую поговор­ку: «Похожи как две капли воды». Требовалась новая идея. «Попробуем подключить материальный сти­мул»,— решил я и уговорил наше начальство объявить внутриинститутский конкурс с премиями на лучшую принципиальную схему прибора. Жюри отобрало два предложения. Одно устройство тут же окрестила «Жбан Гартьера» по фамилии автора — механика стен­да. Внутри металлического цилиндра из жести со щелью в верхнем дне устанавливалась форсунка, которая пы­лила вертикально вверх. Сила тяжести сепарировала капли по массе — мелкие опадали, более крупные били выше. Регулируя давление подачи и высоту расположе­ния форсунки, можно из спектра выделить наиболее дальнобойные капли диаметром до 100—150 микромет­ров. Вдоль щели подавалась небольшая струя воздуха, транспортировавшая каплю к стендовой установке. Устройство вообще работало, но оказалось очень слож­но отобрать одну-единственную частицу стабильного размера.

Другой оригинальный прибор был предложен моло­дым одаренным инженером А. В. Ливенцовым. Прибор быстро вошел в практику, а изобретатель получил авторское свидетельство. Принцип действия заключался в следующем (рис. 19):

Рис. 19. Генератор однородных капель: 1 — сосуд с жидкостью, 2 — подающая трубка, 3 — боек, 4 — кнопка включения, 5 — электро­магнитное реле, 6 — реле питания, 7 — сажевый экран, 8 — фазы каплеобразования, 9 — шарик Плато