Дорожкин Николай Яковлевич «Как усмиряли волну»


 

 

 

Дорожкин Николай Яковлевич к истории создания демпфера колебаний жидкого топлива

 

Работает в НИИ-88/ЦНИИмаш с 1958 г. в должностях инженера, старшего инженера, старшего инженера – руководителя группы, старшего научного сотрудника – начальника группы, старшего научного сотрудника.

 

Член Союза журналистов и Союза писателей России.

 

 

У отдела динамики ЦНИИмаш большая и сложная биография. Первым начальником отдела был А.Г. Пилютик, а научным руководителем – член-корреспондент АН СССР А.И. Лурье. В разное время отделом руководили В.П. Шмаков, Г.Н. Микишев, О.П. Клишев. Сейчас отдел возглавляет В.А. Бужинский. В начале 1960_х годов из отдела, достигшего численности в 250 человек, выделились несколько подразделений. На их базе возникли новые отделы и отделения, в том числе КВЦ и ЦУП.

 

Широко известны в отрасли такие «выпускники» отдела динамики, А.Т.Горяченков, Г.Н.Микишев, Б.И.Рабинович, В.П.Шмаков, И.М.Сидоров, И.С.Ковнер, И.Б.Богоряд, В.Р.Аминов; поныне трудятся в институте И.К.Бажинов, Э.А.Колозезный, Г.Р.Успенский, Н.М.Иванов, Л.В. Докучаев, Ю.Г.Балакирев, В.А.Бужинский – и это только доктора... А сколько кандидатов наук и высококвалифицированных специалистов, не пожелавших защищать учёную степень; сколько конструкторов, изобретателей, рационализаторов, рабочих-умельцев...

 

Экспозиция отдела в музее ЦНИИмаш сохраняет память о многих славных достижениях коллектива. Представленные здесь знаменитые конструктивно подобные модели изделий отрасли были созданы именно в отделе динамики. Мне же хотелось бы рассказать только об одном участке многоплановой работы отдела, тем более что самые запоминающиеся моменты совпали по времени с одним из Звёздных часов отечественной космонавтики.

 

ЖИДКИЕ ПРОБЛЕМЫ

 

Практически с самого начала работы в отделе мне пришлось заниматься «жидкими делами» – проводить экспериментальные исследования колебаний жидкости в топливных баках. Тогда только закладывались основы будущей лаборатории физического моделирования. В небольшом помещении, которое солидно именовалось испытательным залом, располагались на одном «пятачке» экспериментальные установки, кульманы конструкторов, столы инженеров и техников с развёрнутыми на них миллиметровками и осциллограммами. Гудели вибростенды и генераторы, визжали напильники слесарей, чья-то электродрель сверлила швеллер, своим звучанием напоминая бормашину стоматолога; отблески ртутных ламп огромных шлейфовых осциллографов перемигивались с искрами электросварки... Шла будничная работа, совсем не похожая на то, что изображает известная картина Дейнеки «Покорители космоса»...

 

Как возникла «жидкая» проблема? Вообще-то она стояла давно – с тех пор, как людям пришлось иметь дело с транспортировкой больших масс жидкости – в бочках, цистернах, танкерах. Даже те, кому приходилось носить воду в вёдрах на коромысле, смогли почувствовать, что такое колебания жидкости в ёмкости! Но если вода, раскачав ведро, самое большое плеснёт водоносу на ноги, то аналогичное поведение горючего или окислителя в топливном баке жидкостной ракеты может привести к потере устойчивости, а это чревато весьма серьёзными последствиями... И в самом начале 1960-х годов задача «усмирения» колебаний топлива в баках ракет встала, как говорится, во весь рост.

 

 


Г.Н. Микишев

Задачу экспериментального поиска способа «усмирения» волны поставил передо мной начальник лаборатории – Геннадий Никифорович Микишев. Впоследствии это известный учёный, профессор, доктор технических наук, заслуженный деятель науки и техники. Тогда ему было немногим за тридцать, но знания и опыт, суровость и требовательность, фантастическая трудоспособность – всё это делало его в наших глазах солидным, почтенным мэтром. За глаза мы звали его «Шефом», – в отличие от начальника отдела А.Г. Пилютика, которого именовали «Папой».

 

Конечно, легко сказать – «усмирить» волну, или «погасить колебания жидкости». Это всё – понятия качественные, а в науке и технике работают с числами – «потому что все оттенки смысла умное число передаёт», как сказал поэт Серебряного века. И для характеристики этого самого «усмирения» или «гашения» колебаний существует специальная величина – коэффициент демпфирования. Чем эффективнее гасятся колебания, тем больше этот коэффициент. А какая величина коэффициента демпфирования нужна для обеспечения устойчивости, определяли специалисты других подразделений – теоретики.

 

ШТУРМ ПЕРЕКОПА

 

Прежде чем заниматься конструкцией устройства для гашения колебаний жидкого топлива, мы должны были экспериментально определить коэффициенты демпфирования для «гладких» полостей, без каких-либо демпфирующих устройств. Разумеется, подлинных, «натурных» баков в нашем распоряжении не было, но в этом и не было необходимости. На то и лаборатория моделирования, чтобы получать необходимые данные с помощью моделей. На первых порах важно было найти зависимость коэффициента демпфирования от размера бака и вязкости жидкости (критерий Рейнольдса). Баки у нас были – диаметром от 200 мм до полутора метров, а вот варьировать величиной вязкости было посложнее – вода есть вода... Увеличивать вязкость проще – был бы глицерин. А вот уменьшать... Мне пришлось много времени затратить на консультации у химиков и физхимиков, перелопатить горы литературы, поездить к корифеям в МГУ и МХТИ – и никто не назвал доступной по цене и количеству жидкости, чья вязкость была бы существенно ниже, чем у ацетона. Случайно в американском справочнике увидел интересную жидкость – её вязкость в шесть раз меньше ацетоновой! Бромистый метилен... Ссылка на немецкий источник.

 

Нахожу источник – та же цифра. Докладываю Шефу. Он тоже удивлён. Но – серьёзные издания, как не поверить? Решаем: надо добыть для пробы. Главный измеритель отдела, Николай Дмитриевич Пронин, посоветовал обратиться в «одно место» в Москве. Состоялась джентльменская сделка: поллитра на поллитра. Мы им – спирт, они нам – бромистый метилен. Добыли! Но – что такое? Измеряю вязкость – а она, как у ацетона... Возникли сомнения – насколько чистый препарат нам достался?..

 

Короче говоря, через некоторое время Шеф командировал меня туда, где это вещество добывается – в город Красноперекопск, на Бромный завод. Мысль эта появлялась и у Геннадия Никифоровича, и у меня неоднократно, но когда Шеф уточнил, что город этот – в Крыму (а месяц был – май), он засомневался – а не намеревается ли молодой специалист использовать служебную командировку в качестве поездки на курорт Крыма? И только когда Н.Д. Пронин, знавший эти места, подробно описал их («жарища, пылища, голая сухая степь, купаться негде – там же «Гнилое море», озеро Сиваш!»), начальник с лёгкой душой подписал мне командировку на десять дней. Целую неделю я только и делал, что, сидя в заводской лаборатории, измерял вязкость различных проб и сортов бромистого метилена, а вечерами читал фантастику на украинском языке (книг на русском в местном магазине не было). Правда, искупаться разок всё же удалось – в Алуште, куда я съездил в выходной день. К сожалению, пришлось расстаться с мечтой о «сверхмаловязкой жидкости» – скрупулёзные немцы всё же допустили опечатку, а хитрые американцы, ничтоже сумняшеся, её позаимствовали...

 

Эта история имела своё продолжение. Когда, спустя несколько лет, в обзорной американской статье Абрамсона появились ссылки на нашу с Г.Н. Микишевым работу (её назвали «русский эксперимент»), там же приводились и результаты аналогичных американских исследований. В числе моделирующих жидкостей они использовали... бромистый метилен! Видимо, доверившись данным справочника и не проверив эмпирически, они закупили большое количество этого чрезвычайно дорогого экзотического вещества, которое с успехом можно было заменить, как мы это и сделали, в малых объёмах – ацетоном, а в больших (до трёх кубометров) – водой при температуре 95 градусов... Но это, как говорят те же американцы, их проблемы!

 

Работа по определению демпфирования колебаний жидкости в баках разной формы и размеров, при различных значениях вязкости и других параметров заняла около года. Мы получили очень интересные и важные результаты, которые легли в основу дальнейших исследований. Теперь же было можно приступать к решению основной задачи – увеличения коэффициента демпфирования до величины, потребной для обеспечения устойчивости. Как оказалось, это было не просто «можно». Это было нужно, причём нужно срочно! Как любил говорить А.Г. Пилютик: «Срок – вчера!»

 

РЕЙНОЛЬДС, МИТРИЧ И ФИДЕЛЬ КАСТРО

 

«Гром грянул», когда при первых запусках одной новой ракеты-носителя телеметрия показала: колебания жидкого топлива в одном из баков первой ступени настолько значительны, что приводят к колебаниям корпуса изделия. Колебания необходимо устранить – это ясно. Другое дело – как? И вот тут-то оказалось, что Г.Н. Микишев не зря был давно озабочен этой проблемой, не напрасно в течение года в лаборатории устраивались «штормы» в баках, а в воздухе носились запахи ацетона и скипидара. К весне 1961 г. мы уже имели немалый опыт экспериментального определения нужных нам коэффициентов демпфирования, выпустили отчёт с интересными результатами-зависимостями демпфирования от уровня жидкости в баках разной формы -цилиндрической, сферической, конической... Получили эмпирические зависимости демпфирования от «числа Рейнольдса» – уже упомянутого очень важного критерия подобия – для этих же полостей. ( Параллельно в лаборатории Б.И. Рабиновича этими же вопросами занимались теоретики и сам Б.И. в первую очередь). А результаты наших испытаний бака с кольцевыми рёбрами дали обширную информацию о том, как эти рёбра гасят энергию колебаний за счёт вихреобразования и тем самым повышают демпфирование. Приступили и экспериментам с продольными радиальными рёбрами...

 

Вот в это самое время и «грянул гром». Побывав на нескольких совещаниях «в верхах», Геннадий Никифорович дал мне ЦУ: «форсировать испытания бака с продольными рёбрами». Я по возможности «форсировал»... И вот, придя в субботу утром на работу и приступив к испытаниям особым подъёмом (сокращённый рабочий день!), я вдруг узнаю, что Шеф уже звонил из Харькова (в тамошнем ОКБ решалась судьба изделия) и говорил таковы слова: в срочном порядке (срок, естественно – «вчера»!), провести испытания двух моделей того самого бака, в котором так опасно раскачалось жидкое топливо. В моделях должно быть установлено по восемь радиальных рёбер шириной около трети радиуса. Испытания проводить с разными жидкостями – от максимально вязкой до самой маловязкой из доступных. Результаты в виде графических и табличных зависимостей демпфирования от уровня жидкости и числа Рейнольдса передать ему в Харьков по спецсвязи. Там ждут результатов. Он будет звонить ежедневно. Руководителем работ назначается Леонид Рудольфович Дунц.

 

Я почувствовал себя примерно так, как тот персонаж Зощенко, которого некое сообщение «как хоботом по голове шлёпнуло». Испытания-то проводить мне! А что значит «две модели бака с рёбрами»? Это значит – надо приваривать к имеющимся бакам конические части, делать в мастерской рёбра, устанавливать их в баках, добывать огромные количества ацетона и глицерина, готовить разведения с нужной вязкостью, заправлять, качать, записывать, а потом – расшифровывать (расшифровка осциллограмм -тяжкий монотонный процесс)... И всё это – срочно! Ничего себе...Но Дунц успокоил: работу будет курировать сам директор НИИ – это упрощает дело. Директором в это время был генерал-майор, доктор технических наук Георгий Александрович Тюлин. Он тут же по телефону приказал обо всех затруднениях и задержках немедленно сообщать ему в любое время. Он же сказал, что хорошо бы получить результаты хотя бы к понедельнику... Это значило, что работать придётся и в воскресенье. Но, как оказалось, не просто работать: начальник нашей группы Владимир Григорьевич Степаненко «обрадовал» участников предстоящих работ, сказав о переходе – до выдачи результатов – на «казарменное положение». И работа началась...

 

Прежде всего заказали ацетон и глицерин. Обычно от заказа до получения проходило несколько дней, но когда дело курирует генерал Тюлин – совсем другое дело. И в тот же день бутыли с глицерином и бутылки с ацетоном были доставлены в лабораторию. Тем временем начались сварочные работы. В спешке Дунц забыл согласовать эти работы с пожарниками – а они и тут как тут! Ладно, что сварка уже завершалась и запрещать было поздно. Но в назидание всем нарушителям инструкций пожарной охраны Дунц был крепко оштрафован. Правда, это его не сломило – человек бывалый... Вообще в той эпопее участвовали заслуженные ветераны войны: Леонид Рудольфович Дунц – участник парада Победы, на фронте был с 22 июня 1941 г.; Владимир Григорьевич Степаненко – кавалер ордена Славы; Алексей Гаврилович Перцев – военный лётчик-штурмовик; Виктор Иванович Сафронов – служил в отделе борьбы с бандитизмом, участвовал в ликвидации «Чёрной кошки»... В том 1961 г. все они были ещё молоды, полны сил и энтузиазма. А в послевоенные годы, в условиях, близких к боевым, отслужили во флоте Михаил Андреевич Анисимов (на Балтике) и Владимир Алексеевич Барыльников – на Тихом океане... Участие людей, помнящих об армейской и флотской дисциплине, вносило в работу порядок и организованность. Разумеется, к понедельнику результатов не было, да и быть не могло – только установлены в баках рёбра – первый вариант, просчитаны нужные вязкости – для как можно более широкого диапазона чисел Рейнольдса – и подготовлена аппаратура – датчики, усилители, осциллографы, – можно приступать к испытаниям. Жидкости в баках раскачивали просто – вручную, с помощью специальной «мешалки», этакой палки с металлическим полукругом на конце. В отчётах и статьях этот метод назывался «заданием начальной амплитуды»... Делать это легко только в малых баках, а попробуйте задать нужный тон колебаний жидкости в баке диаметром в полтора метра! Но опыт осваивается, и, помню, в те времена я на спор брался возбудить мешалкой любой тон – шестнадцатый, тридцать второй – только считайте вершины и впадины!

 

«Казарменность» нашего положения заключалась не в том, что нас никто не выпускал – иди, пожалуйста! Но обстановка была столь напряжённой, настолько необходимы были скорейшие (и положительные!) результаты, что мы сами просто не могли отойти хотя бы на час – другой: а вдруг что-то сделают не так? В обед мы, конечно, ходили в столовую, но вечером посылали кого-нибудь в «Гастроном» за продуктами, тем же самым питались и утром. Спали – где придётся, часа по два- три, иногда и днём, если выпадала возможность. Забывали о бане и бритье.

 

К середине недели были проведены главные испытания по определению: зависимости демпфирования от уровня заправки, зависимости демпфирования колебаний «глубокой» жидкости от числа Рейнольдса и, конечно, величины коэффициента демпфирования при фиксированных амплитудах колебаний жидкости. Столы были завалены осциллограммами. Такие же осциллограммы, только что проявленные и ещё мокрые от промывания, свисали с перил антресолей. На их расшифровку были брошены все наличные кадры, имеющие отношение к жидкой тематике, и даже конструкторы. В ожидании результатов генерал Тюлин звонил и приходил по нескольку раз в день, заглядывал и ночами. Помню, как-то часа в четыре ночи, когда я, стоя на лестнице у края огромного бака, раскачивал воду до нужной амплитуды, затрещал звонок телефона. Чтобы не будить других, я слез и взял трубку, в ней рокотал генеральский гневный бас: «Кто такой?» Я назвался. «Почему долго не подходите к телефону?» Не дав объяснить, продолжал в тех же тонах – учинил разнос за невыполнение задание, к которому я вообще не имел отношения. Я вообще-то к начальству всегда с должным уважением, и готов выслушивать любые упрёки, если действительно виноват. Но тут была другая ситуация. Поняв, что меня и не слушают, я положил трубку и снова полез раскачивать воду в баке. К телефону больше не подходил. Интересно, что наутро, когда директор пришёл в лабораторию, он не вспоминал о ночном разговоре, но поинтересовался, как мы устраиваемся на ночь. Сказал, что прикажет доставить раскладушки и матрацы.

 

С этим «казарменным» положением связано немало анекдотических случаев. Жена одного сотрудника усомнилась, что муж сутками пропадает именно на работе, и как-то утром пришла с проверкой. «Где такой-то?» – грозно вопросила она у начальников – Дунца и Степаненко. Муж, отстоявший всю ночь за станком, отсыпался в это время в комнате на втором этаже. «Спит!» – отвечал Степаненко. «Разбудить? Сейчас... Наташа, пойди разбуди такого-то!..» «Это почему Наташа пойдёт будить моего мужа? И кто такая эта Наташа?» – возмутилась бдительная супруга. Начальству стоило немалых усилий успокоить её. Жена другого товарища просто позвонила как-то вечером и попросила позвать мужа к телефону. Трубку взял тот же Степаненко. Он был кубанский казак и отличался своеобразным чувством юмора. Он спросил: «А кто спрашивает?» «Жена...» – был ответ. «Какая жена? Он разве женат? А он тут девушкам говорит, что холостой... Эй, Саша, тебя какая-то подруга спрашивает, женой себя называет...» Такой юмор не всеми воспринимается, и нашему шутнику пришлось долго объясняться с обоими супругами.

 

Работа кипела, жидкость в баках колебалась и затухала, Николай Дмитриевич Пронин почти не отходил от аппаратуры, которая в то время была очень несовершенной, иногда просто самодельной, собранной и спаянной его руками, и в условиях хронического недосыпания и зацикленности участников аврала часто выходила из строя. То и дело слышалось: «Митрич, у меня нуль поплыл!» «Митрич, кассету заедает!» «Митрич, тут какая-то дикая наводка – от сети, что ли...» И Митрич крутился, успевая подрегулировать, настроить, заменить...

 

Наконец, осталось только дорасшифровать и построить таблицы и графики. И тут я огорошил Дунца новостью: оказывается, «нелинейное» демпфирование, то есть демпфирование только за счёт вихреобразования на кромках рёбер, без учёта «вязкой» компоненты, практически не зависит от числа Рейнольдса! А зависит только от от количества и расположения рёбер, от величины ребра и амплитуды колебаний жидкости. После проверки это отсутствие зависимости от Рейнольдса было принято за факт и оказалось чрезвычайно полезным для работы. Как же! При проектировании и испытании демпферов можно обходиться небольшой моделью бака и в качестве моделирующей жидкости использовать простую водопроводную воду! Огромная экономия времени, сил и средств...(Потребуются скрупулёзные исследования, которые проведёт гораздо позже, в 80-х годах, Геннадий Александрович Чурилов, чтобы установить, что зависимость от Рейнольдса есть, но незначительная и не очень заметная).

 

Результаты были переданы по инстанциям. Теперь ожидали мы – как пройдёт запуск изделия с нашим демпфером. Аврал пока закончился. Можно было перейти к обычному ритму работы. Лично для меня этот аврал начался, как я уже упоминал, в субботу, а закончился в пятницу следующей недели, вечером. После работы можно было пойти домой. Правда, не для всех выход с территории обошёлся без приключений. Леонид Рудольфович Дунц ха эту неделю оброс такой могучей бородищей, что в проходной его задержали: не похож на фотографию в пропуске. Из охраны звонят начальнику отдела: «Тут какой-то Фидель Кастро прорывается на выход, говорит, что Дунц, а совсем не похож! Приходите разбираться, кто такой...».

 

«ЕСТЬ ТАКОЙ ДЕМПФЕР!»

 

Через несколько дней вернулся из командировки Шеф. Всё в порядке! Не зря он от имени нашего НИИ произнёс «в инстанциях» фразу: «Есть такой демпфер!» Был большой риск. Но когда наши результаты были получены, решение было принято: ставить! И радиальные рёбра в авральном порядке были установлены в нужном баке подготовленного к старт носителя. Запуск прошёл как следует. По результатам телеметрии никаких колебаний корпуса на частотах жидкости не обнаружено. Полёт проходил в соответствии с расчётной траекторией. Постепенно, но достаточно быстро демпферы такого типа были установлены в баках многих ракет и космических аппаратов. Мы занимались дальнейшим совершенствованием демпферов – предложили много новых интересных разработок. Эффективность демпферов, то есть увеличение коэффициента демпфирования без увеличения веса или снижение веса без уменьшения демпфирования, удалось существенно повысить. Результаты исследований отражены во множестве статей, в монографиях Г.Н.Микишева и Б.И.Рабиновича, демпфер стал обычным элементом конструкции.

 

Некоторое время авралы продолжались, но становились всё реже, были более спокойными, без «казарменного положения» и к концу шестидесятых прекратились. Работа стала более размеренной, в 1967 г. отдел переехал в новый, специально спроектированный и выстроенный корпус. Совершенствовалась аппаратура, создавались новые методики экспериментальных исследований. Менялся состав – приходили новые сотрудники, другие уходили... Многое изменилось в отделе, в институте, в отрасли, в самой стране. Много проведено интересных работ, были радости и огорчения, смешные и грустные истории.

 

Но больше всего запомнилась та весенняя авральная работа 1961 года, когда за неделю был спроектирован, изготовлен, испытан и внедрён в практику первый в отрасли демпфер колебаний жидкости в виде радиальных рёбер. Позже для выполнения такого объёма работ требовались месяцы, а то и годы. Может быть, запомнилось всё это именно потому, что в те же самые дни был произведён первый в мире запуск космического корабля с человеком на борту. Это были Гагаринские дни. Это был Звёздный Час нашей науки и техники, Звёздный Час Человечества.

 

По материалам монографии «Космический научный центр»

ФГУП ЦНИИмаш

Справочная информация

 

 

Контактная информация

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш)

Россия, 141070, Московская область, г.Королёв, ул.Пионерская, д.4

т. (495) 513-59-51
ф. (495) 512-21-00

e-mail: corp@tsniimash.ru
© 2000-2017 ФГУП ЦНИИмаш
На печать Карта сайта На главную