Каких-нибудь тридцать лет назад, когда многие люди ещё могли и любили читать книги, была популярна фантастическая повесть Алексея Толстого «Гиперболоид инженера Гарина». Не будучи техническим специалистом, писатель позволил себе нарисовать схему такого аппарата.
Начну с того, что сконцентрировать лучи от источника света может только отражатель в виде параболоида, то есть тела вращения параболы. Уже по этому название повести неправильное. Кроме того, в то время ещё не изобрели лазер, хотя для фантастики это не имеет никакого значения.
Предлагаю вашему вниманию использование гиперболоида в технике, причём однополостного. Есть ещё и двухполостные, но не будем на них отвлекаться.
Замечательный русский инженер Владимир Шухов совершил гениальное изобретение - ажурно-сетчатую башню. Она состоит из наклонных прямых стержней, соединённых у оснований круглыми кольцами. По форме башня представляет однополостный гиперболоид. Башня Шухова имеет удивительный запас прочности, несмотря на свою лёгкость. Благодаря сетчатой конструкции, она обладает повышенной устойчивостью к разрушительной силе ветров, от которых обычно страдают высотные сооружения. К достоинствам башни Шухова относится её высокая эстетическая ценность.
Башен инженера Шухова в стране и за рубежом построено свыше двухсот. Спроектированная им в 1919 году, знаменитая радиомачта в Москве на Шаболовке имела высоту 350 метров, но из-за нехватки металла построена всего на 152. Сооружённая в наши дни, башня его конструкции в Гуанчжоу в Китае поднялась на высоту 600 метров.
Когда я в первый раз посетил Москву и остановился у тёти, меня поразил вид из окна её дома на Шуховскую башню, ярко освещённую на фоне ночного неба.
Теперь обратимся к советскому изобретению из другой отрасли, в котором использован однополостный гиперболоид. Речь пойдёт об электрических разъёмах. Они известны всякому, кто пользуется электричеством, и носят название вилки и розетки. В широком значении это «папа» и «мама». Такие разъёмы нашли широкое применение в технике и должны быть весьма надёжными. В отдельных случаях надёжность электрического соединения экстремальна.
Один талантливый советский изобретатель, имя которого стёрлось из моей памяти, решил эту проблему, предложив контакты штыря с гнездом в виде позолоченных проволок, расположенных в виде однополостного гиперболоида. Проходя через зауженную часть гнезда, штырь надёжно контактирует с проволочками. Заявка на изобретение была отклонена по формальным признакам. Через короткое время на такое же изобретение был выдан патент в одной из зарубежных стран. За использование таких разъёмов наша страна была вынуждена платить за лицензию, либо покупать готовые изделия за валюту.
А теперь приведу пример из моей конструкторской практики, когда я столкнулся с однополостным гиперболоидом.
Большая часть пластиков после кратковременного использования выбрасывается на свалку, где они надолго отравляют природу. Но это ценное сырьё можно перерабатывать вторично, предварительно его размельчив. На одном малом предприятии решили этим заняться, для чего заказали дробилку. Однако вместо мелкой крошки она вырабатывала лишь ошметки пластика. Заводчанам никак не удавалось устранить такой недостаток. По этой причине в качестве эксперта с большим опытом пригласили меня.
Дробилка состояла из цилиндрического корпуса с прикреплёнными к нему изнутри двумя прямыми ножами и вращающегося внутри барабана с шестью наклонными ножами. Вроде все условия для резки и дробления пластика соблюдены, однако чего-то не хватало. В чём же собака порылась?
Интуитивно я почувствовал, что здесь возможно простое решение. Но какое? По опыту знал, что отгадка придёт как бы сама по себе. В таких случаях Эйнштейн играл на скрипке, Шерлок Холмс курил трубку, а я выпиваю чашечку кофе. И тут по неизвестной причине в моём сознании возникла башня Шухова. К чему бы это? А вот к чему – ножи барабана прямолинейные, но наклонные, а поэтому описывают в пространстве однополостный гиперболоид. (Ай да Я!) У этого тела вращения в середине образуется шейка меньшая чем на торцах. Неподвижные прямые ножи не доходят до шейки и в этих местах пластик только мнётся. Вывод такой – эти ножи должны иметь форму гиперболы. Каково!
Воодушевлённый такой ментальной победой, я позволил себе выпить ещё одну чашечку кофе.
Теорию надо воплотить в практику, то есть дать чертёж ножа с режущей кромкой в виде гиперболы. Математик решил бы эту задачу в два счёта, но я не математик. Как инженер я решил её графически, на что потребовалось много кропотливого труда. Наконец чертёж был готов, и мне осталось только передать его на доработку кромки ножей.
Испытание дробилки прошло успешно. Вся дроблёнка шла первым сортом. Остановка теперь была за малым - получить оговоренное вознаграждение за мой ударный труд.
- Не кажется вам, что ваш заработок великоват, - начал владелец предприятия.
- Не кажется.
- Но там же нечего было делать. Доработка была незначительной.
- А вы хотели бы, чтобы переделать всю дробилку? Я нашёл такое решение, которое сэкономило вам большие деньги.
- Так вы настаиваете на той сумме?
- Настаиваю. Уверен, что вы не станете меня обманывать.
- Какой может быть обман! Идите к бухгалтеру и получайте ваши деньги. Спасибо вам за работу.
- Искренне благодарен вам за доброту! Вы очень щедрый человек.
Я уходил от бизнесмена с твёрдым желанием больше с ним не видеться.
Вспомнилась давняя история.
Когда на одном из заводов Генри Форда по неизвестной причине стал перегреваться генератор, для решения этой проблемы он пригласил известного инженера-электрика Чарлза Штейнмеца. Тот долго рассматривал агрегат, щупал его, а затем достал из кармана мел и нарисовал на корпусе крестик. Там он и предложил просверлить отверстие. Когда это было сделано, генератор перестал перегреваться. За свою работу Штейнмец запросил у Форда 5000 долларов. Тот предложил составить смету, в которой обосновалась бы такая сумма. Штейнмец согласился и составил смету из двух пунктов. В первом он написал: разметка места для отверстия – один доллар. Во втором: за то, что знаю, где просверлить – 4999 долларов. Форд засмеялся и заплатил.
Вот до чего может довести однополостный гиперболоид, очень похожий на женскую фигуру 90 на 60 на 90!