Знак Вопроса 1998 № 02

А в-пятых, оказалось, что в самой газовой механике полно всяких нерешенных проблем, над которыми профессионалы еще не доломали свои головы. И одной такой проблемой является энергетика газовых вихрей. Потому что с точки зрения все того же Второго начала термодинамики совершенно непонятно, откуда газовые вихри — смерчи, циклоны и т. п. берут энергию. Ибо КПД у них больше единицы, и поэтому их не может быть на свете. А они есть. И хотя известно, что если факты противоречат теории, то тем хуже для фактов, все же надо было что-то придумать, чтобы эти факты объяснить. Но придумать тут решительно ничего невозможно, потому что газовые смерчи никак не вписываются в теорию. Тем более что изучать смерчи небезопасно: был случай, когда смерч наполовину побрил курицу, выщипав на одной ее половине все перья, а на второй не тронув ни пушинки. Представляете, если то же самое произойдет с любопытным газодинамиком, как он тогда покажется жене и подругам?

А главное, даже представления о том, какую структуру имеет газовый вихрь, в учебниках нет. Все, что написано для жидких вихрей, не годится, так как жидкость не сжимается. Да и представления о вихрях в жидкости тоже какие-то неполноценные: там столько натяжек, что не видеть их могут только профессора, читающие студентам лекции на эту тему. Например, центр такого вихря должен вращаться по закону твердого тела, хотя это жидкость. А с чего бы это? Мне это показалось непонятным, но я утешился тем, что профессионалам виднее. Но о газовых вихрях профессионалы вообще ничего не говорят, так что тут я оказался совершенно свободным в своих изысканиях. И я пошел в одно из отделений своего родного института к Васе К., молодому, но уже талантливому инженеру.

— Вася, — спросил я его, — правда ли, что ты занимаешься газовыми вихрями, которые ломают наши авиационные двигатели, даже несмотря на то, что они самые крепкие в мире?

— Правда, — сказал Вася, — ломают, стервецы. 75 процентов всех поломок двигателей по этой причине. А все потому, что вихри образуются перед двигателями, никого не спросясь. Эти вихри бегают перед стоящим самолетом и тащат в турбину все, что плохо лежит перед самолетом на стоянке, даже булыжники или забытые пассатижи. Им все равно. И эта штука — отвертка или гаечный ключ — летит в компрессор и ломает там лопатки. Ты бы тоже не выдержал, если бы они полетели тебе в голову или в какое-нибудь другое место.

— Это верно, — согласился я. — Конечно, не выдержал бы. Ну и что вы собираетесь делать?

— А мы пока не знаем, — признался Вася, — посмотреть на вихри надо бы, да не знаем как. Подскажи что-нибудь.

Я подсказал. Надо сделать перед самолетом ямку, на нее положить доску с дырками, укрепить все это, чтобы вихрь не утащил эту доску в турбину, а под доску положить «дымовушку», чтобы вихрь стал виден. Вокруг доски нужно поставить вертикальные пластинки, чтобы вихрь не болтался, а стоял на месте. А тогда уж можно и фотографировать. При этом я сказал, что вероятнее всего вихрь должен представлять собой трубу, то есть иметь уплотненные стенки, поскольку центробежная сила из центра выгонит молекулы газа на периферию, а пограничный слой, образовавшийся на внешней стороне вихря, не даст ему разбросаться. Вася согласился попробовать.

Но когда все это попробовали и все получилось, то выяснилось, что при размере воздухозаборника метр на метр диаметр вихря составляет всего лишь 5–6 сантиметров. И если взять железную штангу и водить ею около вихря, то никакого воздействия на нее со стороны газового потока не наблюдается. А вот если, не приведи Господь, конец штанги попадет в вихрь, то ее рвет из рук с громадной силой.

— Руки вывернет и голову снесет, — пообещал Вася. — Так что ты поосторожнее, а лучше отойди подальше.

Получалось, что весь воздух в турбину поступает через образовавшийся вихрь, а значит, его тело сильно уплотнено и скорости в нем очень даже большие. Но ведь вихрь образуется перед турбиной, а не сзади нее. Значит, турбина не может быть причиной вихреобразования, она только с помощью компрессора сосет воздух, образуя сильное течение воздуха. А вихрь образуется сам. Тогда кто же его сжимает и что же при этом получается?

И тут я вспомнил, что в механике существуют два способа движения массы при переменном радиусе ее вращения вокруг центра. В соответствии с первым способом масса движется вокруг гвоздика, на котором сидит гномик. Для того чтобы уменьшить радиус вращения массы, гномик должен потянуть на себя веревочку, к которой привязан груз. Но тогда он должен совершить работу, ибо нужно преодолеть центробежную силу. А во втором случае нет ни гномика, ни гвоздика, а есть цилиндр или палец, на которые наматывается веревочка. Если груз толкнуть, то он полетит вокруг цилиндра или пальца, это не принципиально, веревочка начнет наматываться на них и радиус начнет уменьшаться.