Вернер Альбринг - Городомля. Немецкие исследователи ракет в России
В Городомле мы спроектировали канал большого размера, с площадью измерений от одного до двух метров, приводимый в действие насосом. Однако, прежде чем нам предоставили возможность соорудить этот канал, мы с Иоханнесом Шмиделем должны были изложить принцип аналогии для газового потока и методику измерений в канале на научно-техническом совете одного московского института. Сначала молодые русские специалисты, выступавшие в качестве оппонентов нашего проекта, отнеслись к нему очень скептически. Этот метод был им неизвестен, как и мне шесть лет назад при встрече с Рябушинским. Но, в конце концов, советские инженеры все же согласились с нашими доводами, когда услышали, что автором идеи был их соотечественник Циолковский и что теперь доведенный до совершенства метод может снова вернуться в их страну. Научный совет одобрил наше предложение. Большой водный канал в Городомле был построен и разместился в одном из цехов института. Мы смогли очень продуктивно экспериментировать в нашем канале. Мы фотографировали картины течения и могли по высоте воды, обтекающей модель, рассчитывать плотность, давление и скорость для большой конструкции, аналогичной модели.
Работы Иоханнеса Шмиделя закончились неожиданно и трагически. Он заболел. Вначале ему и его коллегам казалось, что у него просто расстройство желудка. Но вскоре его отвезли в больницу в Осташков, а затем на операцию в Москву, и мы услышали об ужасающем диагнозе: был определен рак в очень запущенной стадии. Сказали, что операция бессмысленна. Он вскоре умер. Его жена и дочь поддерживались материально из нашей кассы взаимопомощи.
Работы в плоском водном канале продолжил Гельмут Фризер. Когда он приехал на остров, ему было уже 45 лет. По образованию он был химиком. Однако при его универсальности и знаниях в смежных областях, особенно в физике и математике, ему было несложно, опираясь на первоначальный фундамент своего образования, осваивать новые сферы деятельности. До отъезда в Советский Союз он работал профессором научной фотографии в Технической высшей школе в Дрездене. Он, собственно говоря, не занимался ракетами, за исключением одного раза, когда по заданию Пенемюнде, данному Технической высшей школе в Дрездене, он фотографировал реактивную струю от двигателя ракеты. На меня произвело захватывающее дух впечатление то, как быстро этот трудолюбивый человек освоил до сих пор чуждую ему аэродинамику. В качестве первого связующего моста между нашими областями я предложил ему обосновать возможность использования экспонированного фотослоя и эффекта его взаимодействия с проявляющей жидкостью для регистрации локальной скорости при аэродинамическом эксперименте. Как показывает опыт, процесс проявления ускоряется при усиленном движении жидкости. Почернение здесь появляется быстрее, чем в тех местах, где жидкость остается неподвижной или немного колеблется. Гельмут Фризер быстро разобрался с теорией распределения параметров потока при обтекании тел, читал книги Прандтля и Зауера, много дискутировал с нами. Результаты своего исследования он изложил в отчете, и я предложил ему продолжить работу с нами, заменив доктора Шмиделя в экспериментах в плоском водном канале.
Тогда нас интересовали течения в воде, которые можно было бы сравнить со сверхзвуковым потоком воздуха. Скорость, аналогичная сверхзвуковой скорости в воздухе, в плоской воде имеет очень низкие значения. При глубине воды в десять сантиметров она составляет только один метр в секунду. Чтобы получить аналогичную картину течения при сверхзвуковой скорости, нужно определенное время пропускать воду через сопло Лаваля. Так делали в своих первых опытах Рябушинский и Прайсверк. Однако господин Фризер установил, что длинное сопло Лаваля неизбежно искажает картину течения из-за трения по всей его длине. Из-за постоянно колеблющегося потока мы не могли измерить местную высоту воды с точностью до десятой миллиметра.
Однажды Гельмут Фризер удивил меня улучшенным сглаженным течением, заменив сопло Лаваля коротким подтопленным водосливом, который используют гидротехники. Таким образом, можно было получить необходимую точность измерения. Вскоре мы использовали канал для изучения течений, изменяющихся во времени. Нам нужна была информация о силах и моментах, возникающих на острие ракеты при отрыве потока от корпуса.
При оценке экспериментов нельзя было забывать об известных основных несовершенствах аналогии. Речь идет о следующем: в газодинамических уравнениях, которые устанавливают связь между давлением, плотностью и температурой, появляется некая физическая величина, которая обозначается греческой буквой «k». Ее численное значение определяется отношением удельного тепла при постоянных давлениях и температурах, и для воздуха составляет примерно 1,4. Но для плоских водных течений аналогичная величина является неизменной и равна 2,0. Несмотря на то, что при большинстве применений, действие этой разницы незначительно, мы должны были каждый раз относится к измерением очень критически.
Другое несовершенство состояло в свободной водной поверхности, которую разрешается использовать в качестве аналогии обтеканию газовым потоком цилиндрических тел. Это не удается столь же просто сделать для конусообразных тел, таких, например, как корпус ракеты. Он должен быть заменен контуром плоского цилиндрического тела с равной формой поперечного сечения. Эксперименты в плоском водном канале, безусловно, являются значительной помощью при предварительном определении характера обтекания, однако затем необходимы исследования в сверхзвуковой аэродинамической трубе для более точных промеров области течения и определения его свойств.
Уже при моем первом посещении Москвы полковник Победоносцев предложил использовать для привода аэродинамической трубы компрессор приводного двигателя самолета типа «Jumo-004». Освальд Конрад исследовал эту возможность и установил, что плотность воздуха, достижимая с помощью этого компрессора, была бы недостаточна для продувки аэродинамической трубы со сверхзвуковой скоростью. Памятуя о скромной энергетической базе на нашем острове, мы были вынуждены использовать для аэродинамической трубы только те мощности, которые были у нас в наличии. Мы решили откачать до вакуума баллон большого объема, а затем через сопло Лаваля пустить в баллон воздух с атмосферным давлением. При этом за соплом Лаваля достигалась бы сверхзвуковая скорость. При такой конструкции для создания в баллоне безвоздушного пространства достаточно незначительной приводной мощности насоса. Насос работал несколько часов до тех пор, пока давление в баллоне не становилось очень маленьким. Входящий со сверхзвуковой скоростью поток заполнял баллон несколько минут. Но и этого короткого времени нам было достаточно для измерения температур, давлений, сил и моментов. Все они преобразовывались в электрические величины и автоматически регистрировались приборами.
