Тайны великих открытий - Александр Помогайбо

В то же самое время, и в тех же водах капитан-лейтенант Столбов спас свою лодку, применив прямо противоположный принцип: постоянное воздействие преобразовывалось в переменное. Когда лодку обнаружили немцы и все попытки оторваться от них не увенчались успехом, Столбов предложил нестандартную идею — во время бомбежек лодка развивала максимальный ход; когда же наступала тишина, лодка выключала двигатель (чтобы ее не засекли немецкие акустики) и двигалась по инерции!

Усилия моряков обеих подлодок пропали даром — получив информацию о выходе "Тирпица", английское Адмиралтейство отозвали охранение каравана PQ-17. Конвой, ради которого старались подлодки, был разгромлен, после чего У. Черчилль объявил, что проводка караванов слишком опасна, и приостановил транспортировку американской техники. В результате почти не воюющая Британия получила во время Второй мировой больше американской техники, чем воюющий Советский Союз.

Впрочем, это уже не технические проблемы.

А как воздействие переменного фактора учитывают в технических устройствах? Известно, что во время стрельбы ствол пулемета нагревается, причем неравномерно. Вызванные этим изменения формы ствола — хоть и очень небольшие — меняют характеристики полета пули. Когда было создано устройство, распределяющее нагрев равномерно, кучность увеличилась в 1,5–2 раза.

А бывает ли так, что постоянный фактор, наоборот, преобразуют в переменный?

В 1923 году П.Л. Капица впервые поместил камеру Вильсона в сильное магнитное поле и наблюдал искривление траекторий альфа-частиц. В ходе исследований он столкнулся с необходимостью создания сверхсильных магнитных полей. Ученый понял, что применение электромагнитов с железными сердечниками для этой цели не имеет смысла и следует использовать катушки, пропуская через них очень большой ток. Основная трудность при этом состояла в перегреве таких катушек. П.Л. Капица предложил оригинальный метод для решения этой проблемы — создавать кратковременные магнитные поля пропусканием очень большого тока через катушки: за короткое время катушка не успевает нагреться. Испробовав различные источники тока, он остановился на специальной конструкции мотор-генератора. В этом генераторе энергия, необходимая для создания магнитного поля, накапливалась в виде кинетической энергии ротора. На своей установке П.Л. Капице удалось получить магнитное поле напряженностью 320 килоэрстед при длительности импульса порядка 10 миллисекунд. Принцип создания импульсных полей в наши дни широко используется во многих лабораториях.

АНАЛИЗ

Перед вами стоит сложная, объемная задача, которую можно решить только тщательным скурпулезным анализом. Какие стадии вы должны пройти для ее решения?

Первое — требуется правильно сформулировать задачу, выбрать главные направления.

Почему танк Т-34 признан лучшим танком Второй мировой войны? Были танки и мощнее, и с большей броней, и более быстрые. Он стал лучшим потому, что его создатели выбрали три главных критерия — вооружение, броня и подвижность — и создали танк, чтобы в нем оптимально сочетались именно эти три качества. Остальные параметры учитывались, но лишь во вторую очередь.

Сейчас мало кто знает, что первоначальное задание, поставленное перед конструкторами танка, было совершенно другим. Требовалось создать легкий быстроходный танк с тонкой броней и колесо-гусеничным движителем. Однако М.И. Кошкин смело пошел наперекор требованиям, отстаивая свои взгляды, — и оказался прав. Сочетание сильного вооружения, брони и подвижности оказалось оптимальным. Танки БТ-7 превосходили Т-34 в скорости, но достигалось это благодаря тонкой броне, поэтому их легко было уничтожить. Танки КВ имели мощную броню, были чересчур тяжелы для большинства мостов, у них часто выходила из строя ходовая часть, недостаточный для веса танка мотор сгорал при увязании танка в грязи. Что касается легкого пехотного танка Т-26, то он оказался слишком тихоходным и слабобронированным.

Только с Т-34 — когда эти танки использовались умело — немцам пришлось туго…

Создав паровую машину, Джеймс Уатт вынужден был решить задачу, как превратить круговое движение в прямолинейное. Путем проб и ошибок он создал "параллелограмм", который с грехом пополам справлялся с этой ролью. Однако, строго говоря, параллелограмм Уатта давал не прямолинейное движение, а криволинейное. Это преждевременно изнашивало механизмы и заставляло изобретателей искать новые принципы преобразования — методом проб и ошибок, которые лишь иногда приносили некоторые улучшения.

Русский математик Чебышев проанализировал эту проблему с точки зрения математики. Он решил не улучшать существующие машины, а рассчитать идеальный вариант — то есть создать механизмы, в которых криволинейное движение возможно бы меньше отклонялось от прямолинейного, определив при этом наивыгоднейшие размеры частей машины.

Благодаря проделанной работе Чебышев получил несколько новых конструкций приближенно-направленных механизмов. Некоторые из них сразу нашли применение.

За этапом правильной постановки задачи следует этап определения стратегий изучения объекта. Это необязательно значит, что мы разбираем объект на детали; в первую очередь мы выделяем именно области исследования, определяем метод изучения объекта.

Относительно тех же танков первой стратегией можно выбрать стратегию рассмотрения "кинематических характеристик" танка. Кинематический анализ определяет параметры танка в движении. Эту большую стратегию лучше всего разбить на более мелкие подстратегии, такие как "скорость", "ограничения на перемещение" и т. д.

Переходя к подстратегии "скорость", конструкгор в первую очередь определяет, с какой скоростью должен двигаться танк. Эта скорость обусловит требования к двигательной установке, ходовой части и т. д. Заметим, что эти требования, в свою очередь, обусловливают и размеры моторно-трансмиссионного отделения и диаметр катков и т. д. — то есть затрагивают общую компоновку. Отсюда можно сделать вывод: стратегии нельзя применять по одиночке, проектировщику какого-то отдельного элемента следует иметь представления обо всем изделии.

Рассмотрев подстратегию скорости собственно танка, следует перейти к подстратегии скоростных характеристик перемещения его частей. К примеру, можно задаться вопросом: "Насколько существен такой параметр, как скорость поворота башни?". Ответы на подобные вопросы обычно дает опыт. Сражения Второй мировой войны показали, что скорость поворота башни принципиально важна. Экипажи Т-34 использовали большую подвижность башни при встрече "лоб в лоб" с немецкими танками. После выстрела, за которым следовала перезарядка орудия, Т-34 немедленно уходил в сторону, поворачивая башню. Медлительный же "Тигр" повернуться не успевал — и Т-34 делал еще один выстрел.

Рассмотрев все скоростные характеристики, следует перейти к следующей подстратегии — "ограничение на перемещение". К примеру, если угол подъема пушки выбрать слишком малым, во время боев в городе танк не сможет стрелять по верхним этажам. Но это относится к легким танкам; к тяжелым это требование обычно не предъявляется — в боях за крупные населенные пункты такие танки, как правило, не используются, поскольку они слишком уязвимы и могут в лучшем случае служить для поддержки пехоты.

Перебирая элемент за элементом, следует определить "ограничения на перемещение" для всех подвижных частей конструкции.

Следующей стратегией может быть "энергетический анализ". Он подразумевает исследование изменения состояния вещества с высвобождением энергии. К примеру, в пушке после выстрела в боевом отделении возникают пороховые газы, ударная волна и высокая температура. Из-за недостаточно полно проведенного энергетического анализа порой приходилось после испытаний переделывать башню. А созданное после войны самоходное орудие СУ-102 с мощной 122-миллиметровой пушкой в серию вообще не пошло именно из-за большого объема пороховых газов, возникающих в тесной башне. Видимо лучше просчитав энергетические процессы, американцы и англичане сразу делали свои самые мощные самоходные установки только с открытой башней.

Следующей стратегией может быть "химический анализ". В объекте могут и не происходить какие-либо химические реакции, но проанализировать химический состав объекта бывает весьма полезно. К примеру, немцы потратили много сил и изобретательности на то, чтобы создать истребитель танков "Фердинанд". Однако необходимость использовать в нем большое количество дефицитной меди не позволила выпускать эти танки серийно. Другой пример — во время войны корпуса советских танков оказались прочнее немецких. А причина в том, что немцы сваривали броневые листы на воздухе, азот и кислород поглощались расплавленным металлом, что ухудшало качество брони. На уральских же заводах применялась сварка под флюсом, изобретенная инженером Дульчевским. Флюс не пускал азот и кислород в шов.