Давид Гай – Формула мудрости (страница 25)

Ученый-патриот всю свою колоссальную энергию вложил в проект гидроэлектростанции на Днепре. Разработка началась в 1921 году, но ей предшествовали изыскания, систематически проводившиеся с 1905 года. Материалы, к сожалению, в значительной части потерялись во время мировой и гражданской войн, их удалось собрать лишь частично. Впрочем, проблемы днепровских порогов привлекали к себе внимание еще со второй половины XVII века. Наш век оказался щедрым на предложения по их «полезному обузданию». Проект профессора Александрова оказался семнадцатым по счету.

Существо его сводилось к увязыванию многих задач социалистического хозяйства, иначе говоря, к комплексному их решению. Сюда входило получение дешевой электроэнергии, судоходство на Днепре, создание ряда производств, питающихся током ГЭС, в первую очередь металлургических, развитие транспортных артерий, обеспечивающее связь сырьевой базы с районами потребления.

Александров отстоял вариант одной плотины. Затраты меньше, чем при двух, трех или четырех плотинах, так как основные средства идут именно на возведение фундаментов плотин и электростанций.

Иван Гаврилович прекрасно понимал: без участия науки с встающими во весь рост проблемами не справиться. Ошибки же обойдутся дорого в прямом и переносном смысле. Он писал: «...при проектировании очень крупных сооружений, к которым должна быть отнесена запорожская плотина на р. Днепре с находящимися при ней гидроэлектрической станцией и шлюзами, необходимо перейти к более точным приемам расчета и к целому ряду опытных работ, которые позволили бы установить для изучаемых типов конструкций надежные параметры... Все это заставило... при проектировании наиболее ответственных частей сооружения перейти от гидравлики к гидродимике и от статики и сопротивления материалов к теории упругости, поставив... вопрос о достаточно широкой постановке опытов по установлению практических коэффициентов для расчета и по выяснению форм таких конструкций, как камера и направляющий аппарат турбины, всасывающие трубы разных типов, эжекторы, водослив через гребень плотины...»

Ученые откликнулись на призыв дать проектировщикам строго обоснованные рекомендации. Чаплыгин стал консультантом по гидродинамике, а затем членом технического совета Днепростроя.

Его увлекла теория гидрокона.

Во введении к своей первой статье по данному вопросу Сергей Алексеевич пишет: «Для увеличения полезного действия воды в турбинах в последнее время начали устраивать особым образом всасывающие трубы, отводящие отработанную воду турбин, а именно, внутри этих труб стали помещать твердые тела (ядра) различных очертаний с тем, чтобы осевая часть, где образовались бы вихревые массы и куда мог бы засасываться воздух, оказалась недоступной для отходящей воды. Всасывающие трубы с такими внутренними ядрами приобрели название гидроконов.

Для прохода воды, таким образом, остается пространство, имеющее кольцеобразное сечение. Для наилучшего действия таких приспособлений их надлежит устраивать так, чтобы в пространстве, предоставленном для отходящей воды, могло образоваться невихревое течение; в противном случае вихревые массы, постепенно накопляясь в разных местах всасывающего пространства, стали бы срываться время от времени, и образовалось бы течение с весьма неприятными и вредными, в смысле снижения КПД работы турбины, колебаниями и перебоями. Так как введенные в практику американскими инженерами гидроконы устраиваются почти ощупью без всякого теоретического освещения правильности их очертаний, то нам представляется небесполезным, хотя бы приблизительно, подойти к разрешению вопроса о том, как же следует подбирать очертания поверхностей гидроконов для того, чтобы во всасывающих трубах было возможно невихревое течение известного типа с определенным распределением скоростей во всех точках пространства, занятого отходящей водой».

И вновь хочется повторить любимое изречение Сергея Алексеевича: научный труд — не мертвая схема, а луч света для практики. Волшебный фонарь, зажженный ученым, ярко осветил потемки гидрокона, помог инженерам выбраться из лабиринта.

И вот что существенно: обратился Чаплыгин к теории гидрокона вовсе не случайно. Она была близка духу его исканий. Преломленные в ней идеи теснейшим образом увязывались со струйным течением в несжимаемой жидкости и безвихревым обтеканием твердого тела, а этими вопросами Сергей Алексеевич успешно занимался на заре научной деятельности. Скажем, опубликовал в 1899 году работу «К вопросу о струях в несжимаемой жидкости». Спустя четверть века он вновь пришел к занимавшей его проблеме.

Что же перед нами: еще один пример удивительного предвидения запросов промышленной техники, как замечает Л. Гумилевский? Думается, дело обстоит несколько сложнее. В дореволюционный период (в особенности до 1910 года, когда появились исследования Чаплыгина по теории крыла) ученый мало интересовался техническим применением достигнутых им теоретических результатов и выводов. Запросы техники в целом не особенно влияли на выбор им направлений теоретического поиска. Считать иначе — значит неверно представлять взгляды ученого-аналитика. Суть в ином: научные разработки Чаплыгина таили в себе такую глубину и многогранность, что спустя много лет начинали служить практике.

Предвидел ли Сергей Алексеевич использование некоторых своих идей, датированных 1899 годом, в инженерном деле? Скорее всего, нет. Но едва запросы проектантов Днепрогэса совпали с его научными интересами, он немедленно взялся за разработку теории гидрокона.

Чаплыгин начинает математическое построение теории с простейшего вида гидрокона в случае отсутствия вращения воды в трубе.

Затем исследует гидрокон в виде изогнутой трубы с внутренним ядром. Он ищет самую выгодную его форму, отдавая себе отчет в необходимости испытательных проверок. Сергей Алексеевич говорит: «Разумеется, впоследствии необходимо произвести экспериментальные исследования различных типов гидроконов, очертания которых явятся в результате предлагаемого способа, с тем, чтобы выбрать из них наиболее подходящий».

В экспериментальной проверке нуждались не только гидроконы. В ней нуждались многие объекты Днепрогэса.

В специально построенной гидравлической лаборатории появилась модель Днепрогэса — точная его копия, уменьшенная в 225 раз. Пришлось попотеть мастерам, инженерам, зато модель получилась на диво. Вдоль стен тянулись берега Днепра, река перегораживалась деревянной плотиной, через нее шла вода, сквозь воду просвечивал речной песок, а местами со дна выступали бугры — острова. Словом, полная имитация реальных условий. Предстояло выяснить поведение реки после сооружения плотины.

Воды Днепра значительно поднимутся после перекрытия реки, покроют все пороги. Река станет судоходной. А как быть с пароходами? Ведь им может помешать искусственная преграда — плотина. Понадобятся тогда шлюзы — ступенчатые каналы. Или взять паводковые воды. Весной они обрушиваются с плотины с огромной скоростью, которая не гасится даже на большом расстоянии от места сброса. Смогут ли суда справиться с течением, когда поплывут против него? Вопросы, вопросы...

Для проведения опытов специалисты лаборатории пошли на некоторые хитрости. Как свидетельствует Н. Н. Бобров, они «натянули над моделью реки проволоки, делившие водное пространство на участки. Погасив электрические лампы, они пускали в темноте по воде поплавки с зажженными восковыми огарками. Горящие свечи плыли. Через каждую секунду их движение автоматически снимал фотографический аппарат, установленный в потолке над моделью реки объективом вниз. Фотопластинки потом проявляли. На них получалось пунктирное изображение движущихся свечек.

По величине этих черточек, по положению их относительно натянутых проволок экспериментаторы определяли скорость течения воды. Направление же черточек на фотоснимках было направлением водяных струй.

Испытание русла без специальных сооружений, ограждающих вход в шлюзы, показало, что судоходство по Днепру по наметившимся направлениям будет невозможно — слишком велика скорость течения.

Тогда сотрудники гидравлической лаборатории ЦАГИ поставили еще ряд опытов. Они изучили на модели распределение скоростей и подобрали такие формы и размеры ограждающей дамбы, которые вполне защищали караваны судов от бурного потока».

Инженеров волновало: велики ли погрешности в проведении опытов; иначе говоря, можно ли безоговорочно доверять данным эксперимента? У них имелись точные цифры скоростей течения, полученных на Днепре до начала строительства. Захотелось сравнить их с результатами, полученными при испытании в лабораторных условиях. На модели убрали плотину, электростанцию, дамбу, вылепили из бетона, словно из пластилина, пороги, острова, скалы и пустили в воду. Расхождения в данных, полученных «на натуре» и экспериментально, оказались незначительными. Это придало уверенность цагистам, проектантам и создателям Днепрогэса.

Каких только опытов не проводили с моделью! Опробовали почти все элементы станции: водосливы, аванкамеры, решетку для улавливания мусора при входе в турбину. Опыты помогли строителям внести необходимые поправки. Сквозь решетку, например, вода шла туго. Сконструировали новую решетку, придали ей обтекаемую форму. И потери энергии воды значительно сократились.