Начало см.www.proza.ru/2012/11/15/6
Только для зрелых душ, интересующихся
историей отечественного приборостроения
В секторе Веры Васильевны разрабатывалась документация и проводились исследования поплавковых гироскопов. Поначалу сотрудниками её сектора были одни женщины. И практически все они – Лена Соболева, Ольга Уточкина, Нина Асс, Таня Степанова и сама Вера Васильевна - окончили школу с золотой медалью. Потом в секторе появился очень толковый молодой специалист Володя Сирота, с которым я плодотворно сотрудничала по многим вопросам, Женя Румянцева, молодая женщина с изумительным фарфоровым личиком, и Юля Прохорова, девушка с лёгким характером, которая впоследствии стала мамой троих детей, двое из которых были близнецами. Все эти молодые специалисты были самодостаточными людьми, поэтому в практически женском коллективе не было места зависти и сплетням. Сотрудники сектора были преимущественно выпускниками МВТУ или МАИ и с момента окончания вузов работали в МИЭА. Поскольку коллектив сектора был вполне сложившимся, то мне, перешедшей сюда из сектора Ильи Григорьевича, во что бы то ни стало нужно было завоевать уважение и признание своих новых коллег по работе. Серьёзная подготовка и ответственное отношение всех сотрудников к работе создавали в коллективе здоровую рабочую атмосферу. Начальник сектора Вера Васильевна в любых вопросах проявляла житейскую мудрость и справедливость.
К сожалению, ни раньше в секторе Ильи Григорьевича, ни позже в секторе Веры Васильевны я не приобрела личных друзей, поскольку всегда была занята решением очередной задачи, и у меня никогда не было времени, чтобы просто поболтать с кем-нибудь о вещах, не касавшихся работы. Теперь, когда уже прожита жизнь, я бесконечна рада каждому телефонному звонку моих бывших коллег-женщин, но тогда мы были просто добрыми сотрудниками. У меня сложились хорошие партнёрские отношения с очень способным и квалифицированным ведущим конструктором поплавковых приборов Оливером Викторовичем Иваньковым. Он всегда уважительно и с большим доверием относился к результатам моих расчётов, а они не всегда соответствовали тому, на что рассчитывали разработчики. Наше сотрудничество длилось многие годы, и у меня никогда не возникало по отношению к нему каких-либо негативных чувств.
Первое задание, порученное мне главным конструктором нашего направления Евгением Андреевичем Правоторовым, было связано с расчётом величины моментов трения и линейной интенсивности изнашивания шариковой опоры поплавкового гироприбора ГПА-200 на неподвижном основании, а также при внешних воздействиях при наличии осевой вибрации гиромотора. Каждую новую работу по расчёту характеристик гироскопа я начинала с тщательного изучения чертежей конструкции гироскопа. Конструкция этого прибора, разработанного в нашем институте, была весьма оригинальной. Сферический поплавок, погруженный в поддерживающую жидкость, имел обращённый внутренний кардан, представляющий собой торсионно-шаровую опору. Сквозь шаровую опору, опирающуюся на конические подпятники и установленную в геометрическом центре сферы поплавка, была протянута струна, обоими концами закреплённая в корпусе. С помощью шаровой опоры осуществлялось центрирование поплавка относительно сферического корпуса прибора.
Вопросами трения я никогда прежде не занималась и поэтому приступила к серьёзному изучению этой науки. Моими учебниками в этой области стали книги Крагельского И.В., Добычина М.Н. и Комбалова В.С. “Основы расчётов на трение и износ”, С.П.Тимошенко и С.Войновского-Кригера “Трение и износ” и многие другие, а позже список прочитанных на эту тему и изученных мною книг стал нескончаемым. Большую помощь в освоении современных представлений о трении мне оказали сотрудники Института машиноведения АН СССР. Поскольку для любого гироскопа важна стабильность его показаний, то одной из основных задач при его разработке является уменьшение случайного, то есть некомпенсируемого дрейфа, вызванного моментами трения в опорах карданова подвеса.
Чтобы понять, какие процессы происходят на контактирующих поверхностях шаровой опоры и конических подпятников, я представляла себя находившейся внутри этой опоры. Эта визуализация подсказала мне, что из-за поступательного перемещения поплавка в пределах люфта торсионно-шаровой опоры точка контакта сферической поверхности шарика с конической поверхностью подпятников может занимать произвольное положение. Поэтому момент, создаваемый нормальной реакцией на эллиптической площадке контакта относительно главных осей инерции поплавка, оказывается переменным, что ведёт к появлению случайной составляющей скорости дрейфа гироскопа.
Контакт шарика с коническими подпятниками может происходить по одной
или двум эллиптическим площадкам, а также по окружности. В последнем
случае происходит резкое увеличение момента трения в опоре (заклинивание)
и скачкообразное изменение скорости дрейфа гироскопа. Увеличение момента
трения возможно также за счёт увеличения взаимного внедрения шероховатостей
контактирующих поверхностей, а также из-за изменения температуры в приборе.
В ходе исследований выяснилось также, что отсутствие вибрации ротора гиромотора,
подвешенного на газодинамической плёнке, также приводит к увеличению
момента трения в подвесе поплавка.
В своём отчёте, выполненном по окончании проведённых исследований, я показала, что шаровая опора без “оживления” не может обеспечить случайную составляющую скорости ухода гироскопа, удовлетворяющую требованиям технических условий, предъявляемых к гироскопу. По результатам этой работы я написала статью “Определение величины момента трения в шаровой опоре скольжения поплавкового гироскопа”, опубликованную в 1984 году в сборнике “Труды предприятий отрасли”.
Главный конструктор направления Правоторов подготовил для меня новое задание. Поскольку в своём предыдущем отчёте по расчёту момента трения торсионно-шаровой опоры поплавкового гироскопа я показала, что наличие граничного трения в опоре ни по величине, ни по стабильности не обеспечивает достижение случайной составляющей скорости дрейфа 0, 01 градуса/час, то Правоторов поставил передо мной задачу провести теоретическое исследование условий возникновения жидкостного трения в этой опоре. Эта задача относилась уже к области гидродинамической теории смазки, и я взялась за изучение монографии Л.Г. Лурье “Механика жидкости и газа”, а также других источников. Кроме того, мне понадобилось познакомиться с книгой К.П. Андрейченко “Динамика поплавковых гироскопов и акселерометров” и его статьями “К теории жидкостного демпфирования в поплавковых гироскопах”, “О сферическом гидродинамическом подвесе при ускоренном аксиальном движении основания” и другими его работами, опубликованными в различных журналах.
Ознакомившись с вышеперечисленными работами, я поняла, что при движении в жидкости с ускорением поплавок испытывает гидродинамическое сопротивление, являющееся суммой инерционного сопротивления, вязкого сопротивления, пропорционального скорости движения поплавка, и сопротивления, пропорционального квадрату скорости движения поплавка. Решив поставленную передо мной задачу, в своём отчёте я показала, что роль поддерживающей силы, способной скомпенсировать остаточную плавучесть поплавка и тем самым устранить граничное трение в опоре, играет средняя по величине за период угловых или линейных колебаний поплавка гидродинамическая сила, определяемая составляющей, пропорциональной квадрату скорости движения поплавка. Эта сила направлена вдоль линии центров сферы поплавка и корпуса и направлена в сторону уменьшения эксцентриситета. Среднее значение остальных составляющих гидродинамического сопротивления за период колебаний поплавка равно нулю.
В рамках гидродинамической теории смазки я впервые получила формулы, позволяющие вычислять величину поддерживающей силы при угловых и линейных колебаниях сферического поплавка в пределах зазоров в опоре, а также позволяющие определять параметры этих колебаний, обеспечивающих полную взвешенность поплавка и создающих жидкостное трение в шариковой опоре.
При угловых колебаниях поплавка с частотой 20 герц и наличии эксцентриситета
между сферой поплавка и внутренней сферической поверхностью корпуса
жидкостное трение в шаровой опоре при остаточном весе поплавка от 0,1
до 0,5 грамма может быть достигнуто при амплитуде колебаний в пределах
от 3,22 до 9,29 градусов.
В дальнейшем аналогичное исследование я провела относительно малых радиальных, аксиальных и угловых колебаний цилиндрического поплавка в цилиндрическом корпусе и на основании полученных результатов исследований о колебаниях сферического и цилиндрического поплавка написала статью. Я знала, что на нашем предприятии кандидатскую диссертацию по поплавковому прибору защитила Зоя Озерская, и попросила у неё разрешения ознакомиться с её диссертацией, на что она с готовностью дала мне своё согласие. Я увидела, что в части гидродинамики Зоя рассматривала двухмерное течение поддерживающей жидкости для случая угловых колебаниях сферического поплавка. В отличие от меня, она рассматривала не только главное движение (перетекание жидкости в плоскостях, перпендикулярных вектору угловой скорости), но также перетекание жидкости вдоль вектора угловой скорости. Это показалось мне интересным. В диссертации перед Зоей стояла задача, совершенно отличная от моей, но я увидела возможность определения величины поддерживающей силы при двухкомпонентном перетекании жидкости.
Свою статью я показала учёному секретарю редколлегии журнала “Механика твёрдого тела. Известия АН СССР” Анатолию Герасимовичу Горшкову и спросила его, стоит ли включить в статью материал коллеги. Он ответил, что это расширит и подтвердит полученные мной результаты. Тогда я объяснила Зое суть моей работы и предложила ей сделать определённые математические преобразования. В результате была получена уточнённая формула для определения величины поддерживающей силы при угловых колебаниях поплавка, оказавшаяся близкой к полученной мной. После этого я дополнила статью формулой, полученной Зоей, и мы опубликовали эту работу в 1980 году в одном из самых лучших научных журналов СССР.
В 1984 году на пост Генерального секретаря КПСС был избран Константин Устинович Черненко, и в этом же году его зять, а ныне заведующий кафедрой “Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации” МГТУ имени Н.Э. Баумана Сергей Феодосьевич Коновалов защищал свою докторскую диссертацию. Мы с ним были знакомы, поскольку Сергей Феодосьевич работал на нашей кафедре, я же училась в аспирантуре МВТУ, а позже защищала на кафедре П-4 кандидатскую диссертацию. Он был приветливым и доброжелательным человеком. В работе Сергея Феодосьевича рассматривались вопросы гидродинамики поплавковых гироскопов, и поскольку по роду своей деятельности мне пришлось заниматься аналогичными проблемами, то автореферат его диссертации был направлен мне на отзыв.
Диссертация Сергея Феодосьевича была содержательной, однако на первой же странице автореферата я обнаружила, что уравнения течения жидкости записаны не в частных, а в полных производных. Я не знала, что мне делать. Дело ведь нешуточное: зять Генерального секретаря! Как быть? Сделать вид, что я ничего не заметила? Или позвонить ему и сказать, что я обнаружила погрешность в его работе? Я выбрала второй вариант. Выслушав меня, Сергей Феодосьевич расстроился и сказал, что обязательно исправит ошибку. Однако во время нашего следующего разговора он сообщил мне, что в автореферате допущена описка, а в самом тексте диссертации уравнения записаны в частных производных. У меня гора свалилась с плеч. Но это было не всё. Выяснилось, что в диссертации знак поддерживающей силы, возникающей при колебаниях поплавка, противоположен знаку, полученному мной. Это означало, что возникающая при колебаниях поплавка гидродинамическая сила не взвешивает поплавок, а, наоборот, прижимает его к опоре, увеличивая трение. Этот вопрос я также пыталась обсудить с Сергеем Феодосьевичем, но мы так и не пришли к согласию. Естественно, я не написала об этом в своём отзыве на автореферат. До сих пор я не знаю, кто из нас был прав, хотя эксперименты, косвенно подтверждающие этот эффект, на нашем предприятии были проведены.
Я получила приглашение от нашей кафедры присутствовать на защите докторской диссертации Сергея Феодосьевича, чем, конечно, гордилась. Подписывая у начальника отдела отзыв на автореферат диссертации соискателя, я сообщила ему, что буду присутствовать на защите Сергея Феодосьевича. В.А. Гаранкин сказал, что тоже хотел бы получить приглашение на защиту и даже выступить на ней. Поэтому он попросил меня поговорить с заведующим кафедрой Дмитрием Сергеевичем Пельпором. Я не обрадовалась такой просьбе, но поручение нужно было выполнить, и я передала ему просьбу начальника отдела. Видя недоумение в глазах Пельпора, я поспешила заверить его, что Гаранкин - человек надёжный и накаких эксцессов на защите не будет. Однако Дмитрий Сергеевич коротко сказал нет, что я и передала своему начальнику.
Я продолжала заниматься вопросами гидродинамики поплавковых приборов. Проведённая работа по определению условий возникновения жидкостного трения при колебаниях поплавка позволила мне рассмотреть вопросы теории трения при вибрациях в поплавковых приборах. Я исследовала влияние осцилляции на величину момента трения в опоре с позиций современной теории трения при вибрации, а также влияние эффективности введения в ротор гиромотора искусственного дисбаланса, вызывающего вынужденные круговые колебания поплавка.
Выяснилось, что частота осцилляции 2,295 герца является рубежной
между макросдвигом поплавка и его колебаниями в пределах предварительного
смещения. Кроме того, я показала, что при искусственном введении
дисбаланса в ротор гиромотора и радиальные колебания поплавка
с остаточной плавучестью 0,1 грамма и вибрационным ускорением на
воздухе 0,8 g также приводят к возникновению жидкостного трения,
допустимого с точки зрения обеспечения требуемых точностных
характеристик гироскопа ГПА-200.
Экспериментальное исследование прибора подтвердило выводы теоретического исследования об отсутствии снижения трения при изменении частоты осцилляции от 400 до 18 герц. В диапазоне же частот от 18 до 4,69 герц наблюдалось значительное уменьшение трения. Проведённые в секторе Веры Васильевны испытания ГПА-200 с искусственно введённым в ротор гиромотора дисбалансом также подтвердили данные теоретического исследования о снижении трения в опоре и достижении в одном и том же приборе различных режимов трения: жидкостного и виброударного, который приводит к разбросу величины случайной составляющей скорости дрейфа от 0,006 град/час до величин на порядок больше.
Начальник отдела был весьма впечатлён полученными результатами и решил, что для него настало время защитить кандидатскую диссертацию. Он предложил мне написать её. Я согласилась, поскольку материала для кандидатской диссертации к тому времени было накоплено уже достаточно. Взамен он пообещал мне дополнительный месячный отпуск, чем я не замедлила воспользоваться, съездив по турпутёвке в Среднюю Азию. Всё это время я числилась в командировке на заводе в Раменском. Когда я вернулась из этой “командировки”, Гаранкин с большим воодушевлением сообщил мне, что собирается создать “гироскоп века”, в котором благодаря колебаниям поплавка, обусловленным искусственно введённым в ротор гиромотора дисбалансом, будет отсутствовать граничное трение, и прибор покажет невиданную доселе точность. Я была потрясена, потому что ранее полагала, что в диссертации должна идти речь о способах уменьшения трения в опорах подвеса, а не о новом гироскопе с гидродинамическим подвесом.
Тем не менее, по заданию начальника отдела я приступила к работе по определению величины поддерживающей силы при колебаниях, вызванных искусственно введённым в ротор гиромотора динамическим дисбалансом, при различных значениях зазора в шаровой опоре, а также различном взаимном расположении центра шаровой опоры относительно центра внутренней сферической поверхности корпуса гироскопа. Иными словами, рассматривалась возможность создания поплавкового гироскопа с гидродинамическим подвесом и при этом анализировались возможные погрешности такого гироскопа. Важным выводом проведённого исследования явилось то, что поскольку конец вектора кинетического момент гироскопа при колебаниях описывает замкнутую кривую в пространстве, то, как показали недавние теоретические исследования в области гироскопии, уходы гироскопа могут достигать больших величин. Кроме того, было показано, что моменты сопротивления токоподводов при поступательном перемещении поплавка не обеспечат требуемой величины случайной составляющей скорости дрейфа. Начальник отдела стал соисполнителем этой работы. В соавторстве с ним я написала также статью “Исследование характеристик поплавкового гироскопа с гидродинамическим подвесом, создаваемым при колебаниях поплавка”, опубликованную в 1984 году в сборнике “Труды предприятий отрасли”.
Несмотря на полученные неутешительные результаты теоретического исследования, Вадим Александрович утвердил тему диссертации и был непреклонен в своём решении разрабатывать “гироскоп века”. Все денежные средства, выделенные отделу на проведение научно-исследовательской работы, он направил на изготовление и испытание макета нового прибора. Поскольку я не желала рисковать своей репутацией специалиста, то я написала докладную записку начальнику отделения, в которой указала, что требуемая точность прибора обеспечена не будет и что деньги, направленные на проведение научно-исследовательской работы будут израсходованы напрасно.
Действительно, когда макет прибора был изготовлен и испытан, его дрейф не укладывался ни в какие допустимые границы. О диссертации не могло быть и речи. Меня до сих пор мучает совесть, что я воспользовалась предложением начальника отдела на незаконный отпуск, но диссертацию ему так и не написала, но он сам виноват, потому что он был максималистом по натуре. Ему нужно было бы создавать не “гироскоп века”, а защитить диссертацию по уже проверенным на практике теоретически обоснованным методам снижения величины граничного трения при осцилляции и искусственно введённом в ротор гиромотора дисбалансе. В моей дальнейшей работе также было много тем, которые можно было бы использовать в качестве диссертационной работы. Но не сложилось…
Продолжение см.www.proza.ru/2013/02/18/67