Елена Бионышева 03 марта 2020, 08:53 Своими глазами

Старейшая аэродинамическая труба страны раскрывает свои секреты

Следи за успехами России в Телеграм @sdelanounas_ru

Аэродинамическая труба Т-1-2 Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского — старейшая в России. Уникальная конструкция, которая была изготовлена из дерева и за годы эксплуатации ни разу не потребовала серьезного ремонта, по-прежнему востребована. Здесь исследовали модели монументов Зураба Церетели, башни «Москвы-Сити» и другие необычные объекты. О крупнейшей в мире на момент создания аэротрубе рассказал начальник отдела научно-исследовательского Московского комплекса ЦАГИ, кандидат физико-математических наук, ведущий эксперт в области аэродинамики зданий, архитектурных и строительных сооружений Александр Борисович Айрапетов.

— Как была создана Т-1-2?

— Начну с того, что решение о создании ЦАГИ было принято в 1918 году. Сегодня это решение кажется мне сверхчеловеческим: в стране только завершилась революция и шла гражданская война, казалось бы, такие масштабные проекты были практически невозможны. Но начало было положено — и уже к Великой Отечественной войне институт вышел на первую позицию в мире.

Материальная база для исследований была создана невероятно быстрыми темпами — и это, прежде всего, аэродинамическая труба, о которой мы говорим. Т-1-2 была построена по идее Б.Н. Юрьева и Г. М. Мусинянца под руководством A.M. Черемухина. Она предназначалась для испытания фюзеляжей одномоторных самолетов, радиаторных установок, поплавков и других элементов летательных аппаратов. Аэротрубу запустили 31 декабря 1925 года, и она стала самой большой в мире на тот момент.

— Что из себя представляла эта аэротруба?

— Конструкция трубы была выполнена из сосны — другого доступного материала в 1925 году в стране не было. Трудно поверить, но «инженер Божьей милостью» А. Черемухин подбирал древесину даже с учетом направления волокон. Сохранились документы с его расчетами, согласно которым требовалось 10 вагонов вагонки сушеной сосны и 1000 шпилек. Иными словами, все фермы соединялись без единого гвоздя, что делает нашу аэротрубу уникальной.

Мы регулярно контролируем состояние трубы и ежегодно проводим мероприятия по пожарной безопасности — осуществляем пропитку всей деревянной конструкции антипожарными составами. Но ее создатели были поистине гениями: деревянная конструкция проработала 95 лет, и за это время в ней ни разу не проводился капитальный ремонт. Настолько хорошо сделано — ни просадок, ни искривлений! Единственной серьезной работой стал в 2018-2019 годах ремонт системы управления электроприводом вентилятора: был совершен переход на новую элементную базу и систему запуска, что невероятно облегчило нам производственный процесс.

Т-1 была оборудована четырехкомпонентными весами, а для Т-2 был создан винтовой прибор, приборы для изучения штопора самолета и установка для определения вращательных производных. Хотелось бы отметить и одну необычную особенность: в отличие от практически всех труб сходного класса, имеющих «О-образную» форму, она незамкнута и имеет очень длинный прямолинейный канал, а роль обратного канала играет просто внутренность здания, его «футляра» (С.А. Чаплыгин). По изначальному замыслу, одна рабочая часть должна быть небольшой, но скоростной, а другая — наоборот. Однако эти части не «ужились» вместе, потому как при работе малой части в большой нет необходимого для испытания качества потока. В итоге трубы «развели» через сдвижной диффузор.

— Что испытывали в Т-1-2?

— Первыми в трубе были исследованы образцы крыльев, которые ранее проходили испытания в лаборатории Жуковского и за границей в Германии и Франции, а также модель самолета Фоккер. Кстати, одна из алюминиевых моделей крыла того времени до сих пор существует и используется как «контрольное крыло» в Т-1 и Т-5. Эксперименты показали, что результаты в Т-1-2 аналогичны данным, получаемым в зарубежных трубах. С 1927 года наша аэротруба стала обслуживать авиапромышленность, для чего в ЦАГИ была образована специальная секция аэродинамики самолета.

В довоенные годы под руководством выдающихся ученых ЦАГИ М.А. Лаврентьева, А.К. Мартынова, С.А. Чаплыгина, М.В. Келдыша, Л.И. Седова и А.Н. Туполева здесь проводили испытания таких моделей самолетов, как К-5, К-7, ДБ-3, И-1, И-5 и И-16.

— Проводились ли в советское время в трубе испытания каких-нибудь необычных объектов?

— Увы, многие данные утрачены: по официальной версии все довоенные материалы были утеряны во время перевозки их на барже по Волге в безопасный регион. Из экзотики — известно, что в трубе в прошлом испытывали модель вороны, живого лыжника-прыгуна с трамплина в постромках и автомобиль «Запорожец». Также мы случайно обнаружили в каком-то древнем шкафу материалы, согласно которым в Т-1-2 проводились испытания модели скульптуры В.И. Ленина, которой предполагалось увенчать Дворец Советов, запланированный на месте Храма Христа Спасителя.

В 50-х гг. прошлого века коллективы, которые возглавляли В.В. Белостоцкий и А.Б. Лотов, работали здесь над проектами экранопланов. Это была концепция советских ученых об использовании эффекта улучшения аэродинамических характеристик самолета при приближении к какой-то поверхности. Это был беспрецедентный проект и колоссальный масштаб исследований, проведенных в этой трубе, и подаривший миру такой грандиозный объект, который остальной частью человечества пока не освоен.

— Для чего вообще необходимы испытания в аэродинамической трубе?

— Наши исследования позволяют, например, предотвратить нежелательные явления, связанные с ветровым воздействием на здания и сооружения и их взаимным влиянием в городской застройке. Явления аэродинамического характера, о которых мы предупреждаем, не обязательно возникают сразу — они могут обнаружить себя, допустим, через 50 лет. Но от этого они не становятся менее опасными.

Например, первоначально комплекс «Федерация» Москва-Сити должен был представлять собой две трехсотметровые пирамиды треугольного сечения с 500-метровой лифтовой шахтой между ними. На научно-техническом совете Москомархитектуры Московского правительства я заявил, что нет более эффективного способа привести конструкцию шахты в катастрофические колебания, чем возвести спроектированную за рубежом такую аэродинамическую композицию. После этого в ЦАГИ были произведены эксперименты на подвижной модели, подтвердившие мою правоту, — и в результате лифтовая шахта построена не была.

Но часто вопрос о проведении экспериментов встает не на ранних этапах проектирования и строительства, а уже в период сдачи или даже после окончания проекта. В большинстве случаев исправить связанные с аэродинамической неустойчивостью здания или сооружения проблемы можно путем установки специальных устройств — гасителей колебаний. Они работают по сходному с амортизатором в автомобиле принципу: в гасителе колеблется тяжелая масса в вязкой среде. Установленный на высотное сооружение гаситель вместе со зданием формирует другую колебательную систему. Наша задача — предоставить данные, которые помогут спроектировать устройства для конкретного случая.

— А какие интересные испытания проводились здесь в последние годы?

— Отвечу так: практически все московские объекты выше 70 метров прошли проверку в ЦАГИ. У нас даже появилась импровизированная выставка из трех десятков моделей, которыми мы занимались в течение последних 10 лет. Они являются собственностью заказчиков и оставлены на временное хранение. Среди них, например, новое колесо обозрения, которое будет находится в парке ВДНХ. Это был непростой объект для исследований: колесо состояло из сотен элементов с разными аэродинамическими характеристиками, подобных аттракционов на всей планете единицы.

Интересные результаты дали исследования Соборной мечети, построенной в Москве на Проспекте Мира. Ее модель с двумя башнями-минаретами установили в аэродинамической трубе, сообщив небольшую амплитуду колебаний одному из минаретов, помещенному на шарнире колебательной установки трубы. Было отмечено при определенном направлении ветра, что колебания не затухают, как ожидалось, а продолжаются с постоянной амплитудой. При увеличении амплитуды колебаний башня «захватывала» ее и не проявляла тенденции к затуханию. Аналогичные результаты получились и в следующие попытки. Таким образом, мы обнаружили новое явление, которому пока даже нет утвержденного названия.

И, конечно, не могу не рассказать о скульптуре «Рабочий и колхозница». В момент создания — в начале 30-х годов — она в нашей аэродинамической трубе не испытывалась. Я полагаю, что это связано с запредельной скоростью, с которой ее создавали. Она делалась по технологиям, которые опережали авиационную технологию лет на тридцать. Так, стальная оболочка скульптуры смонтирована на стальном же пространственном каркасе, который каждым своим силовым элементом повторял скульптурную форму поверхности. По сравнению с прямыми стрингерами и круглыми (часто деревянными) шпангоутами фюзеляжа аэроплана тех лет — это было зримое будущее. В запястье левой руки Колхозницы размещался двухстепенной карданный шарнир, обеспечивающий гибкость узла. Дело в том, что сам монумент колебался на ветру с частотой 1 герц, а вот шарф Колхозницы, удерживаемый ее левой рукой — с частотой в несколько раз больше. И они, инженеры 30-х, это предвидели! Пока шарнир функционировал как положено, движения были состыкованы, но из-за отсутствия обслуживания в 90-е он просто заржавел, потерял подвижность и в результате шарф провис на 3 метра. В итоге скульптуру решили реставрировать. Тогда и подключился наш институт: мы провели обследование и воссоздали всю картину ветрового нагружения на скульптуру и ее элементы и кинематику ее колебаний.

Напоследок хочу отметить, что сейчас у нас в ЦАГИ есть замысел превратить Т-2 в «ландшафтную» трубу, есть и соответствующие технические решения, так что мы готовы к новым вызовам и проектам.

Фото: Алексей Клиндухов

Текст и фото: Бионышева Елена

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈