Борьба за скорость

Это делает стробоскоп — оптический аппарат, который «останавливает» быстровращающиеся предметы. В стробоскопе предмет освещается лишь тогда, когда он, вращаясь, появляется перед окошечком все время в одном и том же месте. А так как вращение идет очень быстро, глаз не успевает заметить мигание света — для нею изображения сливаются в одно, как кадры на экране. И мы видим освещенный предмет как бы застывшим.

Стробоскоп применяют для изучения быстроходных механизмов. С его помощью наблюдают, например, работу высокоскоростных подшипников. В испытательной машине стробоскоп позволяет увидеть, как ведут себя образцы жаропрочных сплавов.

Часто нужны бывают испытания не только образцов, но и готовых деталей, а иногда и всей машины в целом, в условиях настоящей ее работы.

Испытания же быстроходных машин — дело не простое. Наблюдать за изменениями свойств металла в машине, где детали двигаются с большими скоростями, естественно, труднее, чем в тихоходной машине.

Способов испытаний сейчас известно мною. За напряжениями в быстровращающейся детали можно наблюдать на прозрачных моделях.

Модель, например турбинного диска, делают из прозрачной пластмассы. Диск помещают в печь и вращают с большой скоростью. В пластмассовом диске возникают напряжения — такие же, как и в настоящей турбине. Оптические приборы помогают нам их увидеть, узнать, что происходит с материалом во время работы машины. Яркие радужные рисунки, похожие на причудливую раскраску крыльев какой-нибудь тропической бабочки, показывают «линии напряжений», и по ним можно судить, каковы напряжения, где они больше, где опасные места.

Но стоит только снять нагрузку, исчезает и рисунок. Ею можно сохранить, «заморозив» напряжения. Это не литературное, а чисто техническое выражение. Их «замораживают», но не холодом, а… теплом. Модель тогда делают из каркаса и заполнителя.

Каркас — «скелет» — тугоплавкий, при нагреве не плавится, но меняет форму под нагрузкой.

Внутри же «скелета» материал плавится и заполняет эту своеобразную форму. Застыв, он сохраняет те изменения, которые произошли с каркасом. Теперь можно охладить модель, и жидкий материал затвердеет. Остается только, остановив вращение модели, призвать на помощь оптические приборы, и застывший рисунок предстанет перед ними, как моментальная фотография.

А вот другой способ.

Напряжения вызывают перемещения частиц материала: деталь растягивается, изгибается, скручивается. Эти перемещения, или, как говорят, деформации, не произвольны, а связаны между собой. Зная деформации, можно определить и напряжения.

Как же определить деформации?

Тут приходится искать обходные пути. Ведь перемещения настолько малы, что глазом их заметить и измерить, да еще в быстродвижущейся детали, невозможно.

Но надо все же эти ничтожные изменения уловить, а затем их можно будет усилить, сделать заметными, и по ним уже судить о напряжениях.

Деталь покрывают особым лаком. Когда деталь работает, появляются деформации и лак растрескивается. Опасные места, где сильнее всего деформируется деталь, где напряжения максимальны и выдают себя трещинками.

На детали в разных местах приклеивают особым клеем кусочки тонкой бумаги. К бумажкам, в свою очередь, приклеены тончайшие проволочки. Через них идет ток.

Когда деталь деформируется, с ней вместе, повторяя все ее движения, вытягивается или сжимается и проволочка. Ее длина меняется, а поэтому меняется и сопротивление идущему по ней току. Эти еле заметные изменения усиливаются усилителем. По ним можно судить о напряжениях.

Так деталь «докладывает» исследователю о своей работе.

Можно заставить отчитываться и целую машину.

Так делают, например, в авиационной технике — при испытании самолетов.

Модель самолета помещают в трубу, где искусственно создается воздушный поток. При этом, как и при всяком испытании модели, пользуются подобием явлений: по поведению модели можно, применяя расчеты, судить и о работе большой машины.

На модели самолета, помещенной в воздушный поток, изучают, как будет работать настоящий самолет, какие будут действовать на него в полете силы. Зная эти силы, можно рассчитать самолет на прочность. Затем в лаборатории прочности испытывают под нагрузкой и отдельные детали и весь самолет. Он, этот опытный самолет, еще не поднимаясь в воздух, обречен на гибель. Но гибель его не напрасна: теперь конструкторы знают все опасные места, а зная врага, легче с ним бороться.

Но вернемся к материалам для быстроходных машин. Какие еще неожиданности таят они для конструктора?

Вот несколько любопытных примеров. Оказывается, сплавы повышенной прочности обладают повышенной чувствительностью к резким изменениям формы детали. Какая-нибудь выточка, канавка или переход от одного диаметра к другому — все это вызывает увеличение напряжений в этих местах, а значит, и опасность разрушения.

Но ведь сложная форма детали с такими «опасными» местами — не прихоть конструктора, не произвол.

Как же быть? Образец из нового, высокой прочности сплава сдаст экзамен на «отлично». А за сделанную из того же самого сплава деталь сложной формы ручаться нельзя.