Вернер Альбринг - Городомля: Немецкие исследователи ракет в России
Вот мы уже снова сидим в автомобиле и проезжаем мимо Триумфальной арки — Arc de Trioumphe, величественного монумента, напоминающего сооружения римских форумов. Ее постройка началась в 1806 году по воле Наполеона Бонапарта, тогда еще непобедимого французского императора, владыки всей континентальной Европы. Каким гигантски возвышенным чувством жизни должен воспламениться человек, чтобы увековечить себя и свои успехи в таком монументе!
Мы прибыли в институт и сотрудник руководителя моей диссертации Пауля Рудена, работающего теперь в Аинринге, в научно-исследовательском институте аэронавтики в Австрии показал нам плоский водный канал. По плоской горизонтальной прямоугольной поверхности равномерной струей течет вода. Она омывает объект исследования — поперечное сечение крыла. Сопровождающий нас специалист просит внимательно посмотреть на воду на выпуклой стороне профиля при увеличении скорости воды. Для этого медленно повышается число оборотов насоса, подающего поток.
Сначала, при малой скорости обтекающего потока, я не вижу ничего особенного — вода плавно обтекает профиль, на выпуклой стороне его на поверхности воды образуется небольшая впадина. С увеличением скорости потока воды впадина становится глубже. Затем происходит нечто особенное. Вода со дна впадины выпрыгивает на высоту общего уровня потока слегка вспененной и с крутым передним фронтом. Впадина становится несимметричной. Поперек крыла внутрь свободной воды вдается узкий крутой фронт, растягивающийся на довольно далекое от крыла расстояние. Сопровождающий спрашивает: «Не напоминает ли Вам эта волновая картина то, что Вы уже знаете?» Я раздумываю. Это обтекание крыла плоским потоком был довольно необычным экспериментом, и я, определенно, такого еще не видел. Но тогда скачкообразное уплотнение воздуха на крыльях, на выпуклой стороне которых достигалась сверхзвуковая скорость, часто наблюдали, и фотографировали с помощью мерцающей скользящей оптики — интерференционный метод. И так называемый скачок уплотнения на фотографии отображался как четкая черная линия на фоне белого окружения выпуклой стороны крыла. Ударная волна обтекает профиль со сверхзвуковой скоростью, в скачке же поток тормозится и имеет дозвуковую скорость.
Я спросил сопровождающего о связи скачкообразного уплотнения воздуха на крыльях самолета с его экспериментом. Он кивнул: «Да, течение в плоской воде аналогично потоку газа. Местная глубина воды соответствует плотности газа, прыжок воды — это скачок уплотнения в газе». Я быстро понял, что это не случайное подобие явлений, а аналогия, полученная из сходства соответствующих дифференциальных уравнений аэрогидродинамики.
Все эксперименты в газовом потоке очень дорогостоящие. Мощность привода, необходимая для аэродинамической трубы (которая должна продуваться с высокой дозвуковой скоростью) очень большая, и она будет еще больше для сверхзвуковой аэродинамической трубы. «С помощью таких простых экспериментов очень полезно проводить предварительные опыты» — сказал экспериментатор в заключение. «Здесь инициатором таких экспериментов, — услышал я, — стал старейший сотрудник нашего института господин Рябушинский, русский эмигрант, выехавший из России после 1917 года». Я был представлен этому добродушному несколько полноватому старому господину. Мечтательные глаза за тонкими стеклами очков, редкие тонкие волосы, длинная заостренная бородка. Рябушинский рассказал мне, что в юные годы он был ассистентом знаменитого аэродинамика Циолковского. Циолковский первым предложил изучать поведение летающих тел с помощью сравнительных экспериментов в плоском водном потоке.
Господин Рябушинский дополнительно показал мне ряд экспериментов, которые свидетельствовали, что плоскую водную аналогию можно использовать не только для изучения полета с дозвуковой скоростью, но и при сверхзвуковых скоростях. Я увидел, что волны воды, проходя через сопло Лаваля, формируются точно так же, как линии чисел Маха в газовом потоке. Соплом Лаваля называется канал, который после сужения опять расширяется. Мне рассказали, что в Технической высшей школе в Цюрихе аспирант профессора Аккерета по фамилии Прайсверк защитил диссертацию по теории и практике плоской водной аналогии. Вернувшись в Ганновер, я заказал себе эту работу. В 1942 году это стало для меня настоящим событием.
В Блайхероде, когда мне понадобились знания об аэродинамических давлениях, силах и моментах на корпусе ракеты при высоких дозвуковых скоростях, я вспомнил о парижских опытах. Небольшой плоский канал мы смогли для себя построить даже при наших тогдашних весьма ограниченных возможностях. Добыть материал даже для такого маленького экспериментального стенда тогда, в 1946 году, было очень трудно. Ловкий мастер выискивал среди металлолома металлические уголки и листы жести и из всего этого смастерил канал. Источником служил поток воды из обычного водопровода, который сначала проходил через так называемый успокоительный участок. Мастер выточил из металла очень точную модель крыльев, а также копию корпуса ракеты. Измеренная высота воды позволила рассчитать давление, плотность и скорость, соответствующие газовому потоку. По этим направлениям работы специализировался доктор Иоханнес Шмидель, опытный экспериментатор. Он написал очень обстоятельный и подробный отчет о своих измерениях.
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 быстрее появляется 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.
