Токарно-копировальные станки, у которых супорт непосредственно связан с копиром, имеют целый ряд недостатков. На них очень трудно обрабатывать конические участки деталей. В этих местах при движении супорта по шаблону может произойти заклинивание и вследствие этого авария (нижний рис.). Без сложных дополнительных устройств на таком станке нельзя обрабатывать уступы, то-есть торцы в местах перехода от одного диаметра к другому.
Огромные усилия, возникающие при резании металла в таких станках, передаются через супорт на копир. Это заставляет делать копиры массивными, прочными. И все же очень скоро они изнашиваются и теряют первоначальную точность.
Как же устранить все эти недостатки, присущие обычному токарно-копи-ровальному станку, сохранив принцип копирования?
Копир не участвует в резании металла, а только указывает своим профилем, в какой момент супорт с резцом должны изменить направление и скорость движения.
Такие задачи решаются в технике с помощью специальных устройств — «следящих систем».
Как работает одна из них — гидравлическая следящая система токарно-копировального станка.
нижняя часть супорта — каретка (1) двигается по направляющим станины под давлением штока продольного цилиндра (2). Верхняя часть (3), которая скользит в направляющих ниж>-ней, жестко связана с поперечным цилиндром (4). На ней устанавливается резец (5), обрабатывающий деталь (6). Супорт перемещается за счет давления масла, нагнетаемого в полости цилиндров насосом (7).
На станке устанавливается копир (8). Профиль копира соответствует профилю той детали, которую мы хотим изготовить. Копир сделан из тонкой стальной пластины. Движение резца изменяется так: на той части, где закреплен резец, жестко крепится небольшой корпус (9) с золотником (10). Сверху золотник поджимается пружиной (11), а его нижний конец упирается в рычажок, так называемый щуп (12). Наконечник щупа движется по профилю копира, как бы «ощупывая» его. Когда насос включен, он нагнетает масло в правую полость (а) продольного цилиндра, и супорт вместе с резцом переме* щается влево вдоль оси детали. В поперечный цилиндр масло сразу от насоса не поступает. Оно сначала должно пройти через соответствующую проточку в корпусе золотника. При обработке цилиндрического участка детали щуп на копире движется по прямой, параллельной оси детали, а золотник перекрывает доступ масла в поперечный цилиндр. Супорт перемещается
вдоль детали, и резец обрабатывает ее цилиндрический участок. Когда наконечник щупа встречает наклонный участок или уступ, он поворачивается вокруг своей оси по часовой стрелке и, сжимая пружину, приподнимает золотник.
Это сразу открывает проход маслу в верхнюю полость поперечного цилиндра. Так как шток цилиндра неподвижно закреплен в каретке супорта, то масло, заполнив верхнюю полость цилиндра, начинает перемещать вверх цилиндр, а вместе с ним и верхнюю часть супорта с резцом. Если в этот момент движение штока продольного цилиндра прекратится, резец начнет перемещаться только в поперечном направлении, и на детали будет обработан уступ. Если продольное перемещение каретки продолжится, то супорт одновременно совершит два движения: вдоль оси детали и перпендикулярно к этой оси. Резец обработает конический участок.
Обрабатывая на обычном токарном станке даже самую незамысловатую деталь — ступенчатый валик, — токарь многократно останавливает станок, производя замеры, устанавливая резец на нужном расстоянии от центра детали (два верхних рис. на стр. 39). На это непроизводительно уходит много времени.
Если деталей требуется много, целесообразно их изготовлять на копировальном станке. Работает он так.
Точно по чертежу воспроизводят на стальной планке профиль обрабатываемой детали со всеми уступами и переходами от одного диаметра к другому. Затем эту планку, которая называется копиром или шаблоном, закрепляют неподвижно на станке. Супорт копировального станка двигается так, что как бы «следит» за всеми изменениями в конфигурации копира и в нужный момент меняет направление и скорость своего движения. Таким образом, профиль обрабатываемой детали получается в точности такой же, как профиль копира
Иное дело тепловая изоляция. Никаких механизмов, перегоняющих воду, почти нормальный вес и время работы измеряется уже десятками минут.
«Шуба» самолета должна иметь два слоя. Снаружи прочная и жаростойкая обшивка, а за ней теплоизоляция — стеклянное, асбестовое волокно или пенопласт.
Наружная обшивка отдается на «растерзание» высоким температурам. Однако «растерзать» ее не так-то просто. Хотя нагрев тела, летящего, например, со скоростью 5 400 км/час, достигает 950°С, особые сорта стали могут выдержать температуру до 1 ООО—1 200°С, металлокерамика — до 1 400—1 600°С, а карбиды бора и титана — даже до 2 000°С.
Защитить внутренние части самолета от раскаленной обшивки может стеклянное, асбестовое или кремниевое волокно. При скорости 1 600 км/час самолет прогреется до -f-80°C всего за 3 мин., а с теплоизоляцией только за час.
Нос сверхскоростного самолета, очевидно, будет представлять собой длинный, тонкий шпиль. Далеко выброшенный вперед, он будет принимать на себя основной термический удар.
Для сверхвысоких скоростей большие перспективы открывает сочетание теплоизоляции с охлаждением особо нагревающихся частей — передних кромок крыльев, оперения и носа.
Однако самый верный способ избежать нагрева — летать на больших высотах, в разреженном воздухе. При полете со скоростью 5 000 км/час на высоте 6 000 м самолет нагревается до 700″С за 1,5 мин., а летя с такой же скоростью на высоте 37 000 м — лишь до 300?С и только за 30 мин.
И все же хотя трассы сверхскоростных самолетов будущего пройдут через верхние слои стратосферы, без тепловой защиты не обойтись: в начале и конце полета придется пронизывать плотные слои воздуха.
Ученые исследовали пока только опушку термической чащи. А впереди встает уже новое препятствие. Возможность плавного повышения сверхзвуковой скорости не безгранична, утверждают ученые. При скоростях выше 6 000 км/ч ас из-за резких скачков давления начнется местное сжижение (!!) воздуха.
Видные ученые расходятся в оценке нового барьера и его границ. Но несомненно одно: упорные и кропотливые исследования позволят разгадать тайны и этого барьера и преодолеть его.
…поршень паровоза дви жется относительно рельсов только в ту сторону, куда движется сам паровоз?
…вариометром называется деталь паровой турбины?
…тяжелоатлет, выжимающий штангу в Тбилиси, затрачивает больше энергии, чем мурманский спортсмен, поднимающий такую же штангу на ту же высоту?
…влажный воздух плотнее, чем сухой, и, следовательно, при приближении дождя атмосферное давление увеличивается?
…в глубокой шахте любой груз вследствие того, что он находится на меньшем расстоянии от центра Земли, весит больше, чем на поверхности?
•..ракета движется, отталкиваясь от воздуха выбрасываемой ею струей газа?
Как защитить себя от холода, знает каждый. Надо натопить печь, если холодно дома, а выходя на улицу, надеть шубу.
Избавиться от жары можно сходным способом: или «делая холод», или спрятаться от нее* надев специальную «шубу».
Дома мы «делэем холод» в холодильнике. Может быть, поставить на самолет подобный холодильник? Холодильник, правда, займет всю площадь самолета. Ведь холода потребуется много. А самое главное, что холодильник не будет работать. Ему некуда будет отводить тепло. Вы спросите, какое тепло? Попробуйте рукой заднюю стенку холодильника, и вы убедитесь, что она горячая. Это холодильный агрегат отдает воздуху комнаты калории, «вынутые» из холодильной камеры нашего агрегата.
А ведь самолет, летящий со сверхзвуковой скоростью, окружен горячим воздухом, который «не примет» тепла, откачиваемого из самолета.
Есть другой способ «делать холод».
У кочевников-арабов есть «волшебные» кувшины, в которых вода в самую сильную жару остает-
ся холодной. Вода свободно проникает в поры глиняной стенки, и кувшин все время «потеет». Кувшины эти не облицованы глазурью. Капельки влаги испаряясь со стенок кувшина уносят с собой тепло. Именно таким способом некоторые ученые решили охлаждать самолет, продавливая охлаждающую жидкость через множество микроскопических пор в обшивке самолета. Но сложное устройство обшивки и отсутствие сегодня вполне приемлемых здесь пористых материалоз не позволяют применять метод «выпотевания».
Гораздо проще циркуляционное охлаждение. Однако и эта система не совершенна. Кончилась охлаждающая жидкость, система перестает работать.
Конструкторы задумались. А что, если увеличить запас холода, заливать систему перед взлетом водой, охлажденной до -И°С, или водо-спиртовой смесью при температуре —20°С?
Можно поместить в бак циркуляционной системы лед, замороженный до —70°С. Летчик включил систему охлаждения. Вода потекла под обшивкой, нагрелась, попала в бак со льдом, отдала ему часть тепла и вновь побежала под обшивку. И так продолжается, пока не растает весь лед. После этого система размыкается и работает, выбрасывая воду наружу.
Чем детальнее изучали исследователи различные системы охлаждения, тем яснее становилось, что все эти системы решают проблему «теплового барьера» только частично. Время работы их — считанные минуты. Весит же система охлаждения, например сверхзвукового истребителя, 1—2 т! И это в авиации, где конструкторы на протяжении всей ее истории стремились сделать самолет предельно легким!
Кому не известна пословица: «Куй железо, пока горячо»! Очень мудрая пословица! Она свидетельствует, что людям давно известно свойство веществ изменять свои качества при нагреве. Изучением этого явления пришлось заняться и авиакон-
структорам. Оказалось, что алюминиевые сплавы теряют свою прочность при температуре выше 140—200°. До такой температуры нагревается поверхность самолета при скорости 2 200— 2 400 км/час. Титановые сплавы более стойкие. Они могут выдержать скорость до 3 500 км/час, при этом поверхность самолета нагреется до 450еС, а в точках торможения — до 540°С.
Еще хуже переносят нагрев неметаллические материалы. Так, плексиглас оказался непригодным для остекления кабины пилота уже на околозвуковых скоростях. Теперь для остекления используется специальное термостойкое авиационное стекло. Немало пришлось поработать химикам, пока они нашли и высокопрочную пластмассу для обтекателей радиолокационных антенн, находящихся в носу фюзеляжа.
Нагрев самолета может привести к тому, что закипит горючее в баках, потеряет изоляционные свойства резина, исказятся показания приборов, нарушится работа радиоаппаратуры.
Неравномерный нагрев самолета, изготовленного из разных металлов, которые расширяются при повышении температуры каждый по-своему, неизбежно вызовет в нем опасные напряжения. Поэтому сверхскоростной самолет надо проектировать так, чтобы нагревающимся частям «было куда податься».
И, наконец, самая главная задача — как уберечь от жары экипаж и пассажиров самолета. Ведь уже при скорости полета 1 200 км/час температура в неизолированной кабине поднимается до +50°С. Кабина превращается поистине в баню.
Вывод один: чтобы летать со сверхзвуковыми скоростями, нужны специальные меры для борьбы с нагревом. Но какие?
Еще в старину было замечено, что артиллерийские ядра, упав на мокрую землю, окутывались паром Когда же нагрелось ядро? При выстреле? Но было ясно что массивное ядро не успеет сильно нагреться за короткое время пребывания в стволе.
Ядро нагрелось в полете. Воздух тормозит летящее ядро, и при этом часть кинетической энергии переходит в тепло.
Можно было ожидать, что снаряды будут нагреваться еще сильнее, чем сравнительно более медленные ядра. Однако артиллеристов это не очень беспокоило.
Толстая стальная оболочка снаряда обладает большой теплоемкостью, а время его полета невелико. Снаряд оказывается у цели раньше, чем успевает прогреться до опасных пределов. Сверхдальнобойным снарядам, которые находятся в полете несколько минут, нагрев также не страшен: большая часть их пути пролегает в стратосфере — там, где воздуха мало.
В наши дни до «теплового барьера» добрались и самолеты.
Надо заметить, название «тепловой барьер» менее удачно, чем «звуковой барьер». Когда самолет развивает сверхзвуковую скорость, он в самом деле как бы преодолевает некий барьер и попадает в более устойчивую область полета, чем зона скоростей, близких к скорости звука, простирающаяся от 0,9 М до 1,1 М. За 1 М — один Мах — ученые условились обозначать скорость полета, равную скорости звука.
«Тепловой же барьер» не имеет резко выраженной границы. Точнее было бы назвать его «тепловым возвышением», которое становится все круче и круче, или «тепловой чащей», сгущающейся по мере роста скорости.
Через «тепловой барьер» нельзя «пробиться», как сквозь «звуковой», но зато через него можно «перепрыгнуть»—летать высоко, в разреженном воздухе.
Нагрев в полете, который был не страшен артиллеристам, принес много хлопот творцам самолетов. Ведь время полета самолета измеряется не минутами, а часами К тому же самолет состоит из тонких металлических оболочек, быстро принимающих температуру ударяющегося о него воздуха.
Те части самолета, которые встречают поток «в лоб», — нос фюзеляжа, передние кромки крыльев и оперения, — нагреваются всего сильнее, до так называемой «температуры торможения». Температура остальных поверхностей, по которым воздушный поток лишь «скользит», ниже — равна приблизительно 85% от температуры торможения.
Чем выше скорость, тем больше температура (смотри график на цветной вкладке).
Пешехода сопротивление воздуха не заботит. Речь идет, ко-нечно, о безветренной погоде. Но уже для спринтера—бегуна на короткие дистанции — оно вырастает в ощутимую помеху.
Еще сильнее мешает встречный ветер, рождаемый движением, велогонщикам и мотоциклистам. ,
Больше же всего, разумеется, приходится сражаться с сопротивлением воздуха авиаконструкторам.
Сопротивление воздуха по мере увеличения скорости плавно растет. Однако когда скорость самолета приближается к скорости звука (примерно 1 200 км/час), сопротивление воздуха скачком резко увеличивается.
Перед самолетом вырастает «стена» сжатого воздуха, который не успевает расступаться.
Штурм «звукового барьера» — одна из самых замечательнейших и героических глав в истории авиации. Объединенными усилиями исследователей, конструкторов и летчиков-испытателей «звуковой барьер» был преодолен. Этот барьер остался позади.
И хотя за «звуковым барьером» сопротивление воздуха, как и следовало из данных лабораторных опытов и теоретических расчетов, оказалось больше, чем при подходе к этому барьеру, условия полета там гораздо благоприятнее.
Начали расти рекорды скорости, ранее «упиравшиеся» в стенку. Официальный мировой рекорд скорости, установленный недавно на английском самолете Фэйри «Дельта-2», равен 1 822 км/час. Американский самолет «Белл Х-1» на короткое время достиг скорости около 2 500 км/час, правда он взлетел не сам, а был прицеплен к самолету-матке. Эти скорости были достигнуты при полетах на больших высотах (выше 12 км).
Казалось бы, что и дальше все пойдет гладко. Однако за «звуковой стенкой» возникло новое препятствие, к которому уже приблизились современные скоростные самолеты.
Благодаря необыкновенному быстродействию электронная лампа помогла человеку овладеть чрезвычайно многообразным миром быстрых и сверхбыстрых колебаний.
При радиопередаче на волне длиной 30 м к лампе ежесекундно прибывает десять миллионов электрических колебаний. Лампа отлично справляется с этим потоком колебаний, рождающихся в антенне приемника под действием проносящихся радиоволн. Она их усиливает и преобразует в такие изменения электрического тока, которые приводят в действие громкоговоритель, и мы слышим звук, прозвучавший за несколько тысяч километров от нас.
Электронная лампа имеет дело не только с готовыми электрическими колебаниями. Она может создавать их и сама. Ламповый генератор — это один из самых гибких и удобных генераторов, известных в технике. Он дает возможность получать электрические колебания, начиная от самых медленных и до невообразимо быстрых. Эти качества радиолампы позволили ей работать и в схеме радиолокатора, выбрасывающего в пространство по нескольку тысяч радиоимпульсов в секунду, и в вычислительных машинах, позволяя вести вычисления со скоростью десяти и более тысяч математических операций в секунду, и во многих других сложнейших и точнейших устройствах современной техники.
Но электронная лампа не только открыла путь в мир быстро-протекающих явлений, — она наделила человека необыкновенной чувствительностью, далеко превосходящей чувствительность наших органов чувств.
Специальные приемники импульсных сигналов уверенно работают при столь ничтожно малом потоке мощности радиоволн, который не превышает потока мощности света, доходящего в Москву от карманного фонетика, зажженного в Ленинграде! Конечно, свет этого фонарика на таком расстоянии не увидит ни один самый зоркий человек.
Таковы исключительно высокие достоинства электронной лампы, которая помогает нам слышать неслышимое и видеть невидимое, совершенствовать современную технику и открывать одну за другой тайны окружающего нас мира.
Мысленно заглянем в мир электронов, работающих в лампе.
Необыкновенная легкость электрона — вот та основа, на которой зиждется быстродействие электронной лампы. Масса его так мала, что наше воображение бессильно представить такую величину. Свинцовый шарик в 2,5 г во столько раз превосходит своей массой электрон, во сколько раз масса нашей планеты больше массы этого же шарика.
А размеры электрона таковы, что ученые и не мечтают пока увидеть эту крохотную частицу даже в самые сильные микроскопы. Цепочка уложенных тесно друг к другу электронов, количество которых в два para превышает число людей на земле, растянется всего на толщину человеческого волоса!
Заряд электрона невероятно мал. Чтобы получить заряд в один кулон, требуется полдюжины порций по миллиарду миллиардов электронов в каждой! Если бы все эти электроны оказались нанизанными, как бусы, на какую-то сверхтонкую нить, то невидимое электронное ожерелье растянулось бы на 100 км.
Хотя анодный ток в лампе невелик, количество электронов, участвующих в его создании, чрезвычайно велико. Когда включается миниатюрная лампа «желудь» типа «6С1Ж», с катода к аноду устремляется лавина из фантастически огромного количества в 31.101а электронов. Если эти электроны поровну разделить между жителями земного шара и попросить каждого сосчитать свою долю, то при безостановочном счете потребовалось бы более полугода. Но если собрать все электроны, проходящие через эту лампу за весь срок ее службы, мы получили бы массу всего в одну десятитысячную долю грамма!
