Вертикальные упругие элементы платформы представляют собой пневмопружинные амортизаторы. Они состоят из прикрепленного к платформе цилиндра высокого давления, поршня и штока, шарнирно соединенного с перекрытием. В статическом положении равновесия платформа удерживается давлением воздуха и пружиной, находящейся в цилиндре. Цилиндр подвески амортизатора размещается в воздушном баллоне, внутри которого находится воздух под тем же давлением, что и в цилиндре. Если под воздействием ядерного взрыва перекрытие пункта управления перемещается, увеличивается объем цилиндра и давление в нем уменьшается. Но тотчас в цилиндр из баллона начинает поступать воздух и динамичность нагрузки снижается. Уменьшается и перемещение платформы вниз. При обратном перемещении перекрытия избыточное давление в цилиндре снижается за счет выпуска воздуха.
Эффективность подобной системы амортизации может быть практически изменена в любом диапазоне путем изменения количества воздуха, поступающего в цилиндр и выпускаемого из него. По мнению зарубежных специалистов, основное достоинство пневмопружинных элементов состоит в том, что они позволяют достичь низкой частоты колебаний амортизируемой платформы. Это дает возможность в широком диапазоне снижать действующие нагрузки при относительно небольших горизонтальных перемещениях платформы. В целом же такая система обеспечивает снижение ускорений платформы центра управления вниз до 0,5 g, вверх до 3 g, а в горизонтальном направлении до 1 g, что, по американским данным, вполне допустимо для безопасного обслуживания оборудования управления подземными ракетными базами.
Многим читателям, вероятно, помнится описываемое в школьных учебниках явление резонанса. Оно состоит в том, что размах колебаний какого-либо тела резко возрастает, когда на его собственные колебания, частота которых определяется свойствами самого тела, накладывается действие внешних сил, имеющих ту же частоту. Классический пример резонанса — разрушение моста, по которому шел в ногу строй солдат.
О резонансе приходится думать и конструкторам систем амортизации ракет в шахтах. При расчетах они следят за тем, чтобы частота собственных колебаний ракетной амортизирующей системы, помещенной в шахту, находилась в определенном соотношении с частотой колебаний, которые могут возникнуть при воздействии ударной волны ядерного взрыва.
По мнению зарубежных специалистов, достоверный расчет систем амортизации предполагает очень точное предварительное знание всех собственных частот колебаний амортизируемого объекта и частот вынужденных колебаний шахтного сооружения. Но если первые определяются сравнительно просто, значения других зависят от многих трудно учитываемых факторов, а потому и вычисляются весьма приближенно. Существенное влияние на частоты и амплитуды колебаний шахтных сооружений оказывает характер колебательных движений грунтовых пород. Однако для того чтобы выяснить качественную и количественную картину этих колебаний, необходимы сложные экспериментальные работы. Последнее, как считают зарубежные специалисты, составляет одну из серьезных научно-технических проблем, разрешение которой может значительно повысить степень защищенности ракетных комплексов от воздействия ядерных взрывов.
Таковы некоторые особенности учета механических колебаний при создании современных образцов боевой техники. Как видно, они непросты и требуют глубокого проникновения в суть разнообразных физических процессов. С дальнейшим развитием военного дела круг подобных проблем будет, несомненно, расширяться. Ученым, инженерам придется решать все новые и новые задачи. А это, в свою очередь, повысит требования к знаниям, кругозору тех специалистов, которым придется эксплуатировать, использовать в бою новые образцы вооружения и боевой техники.
САМОЛЕТ — ПТИЦА?
В удивительном прогрессе авиации с момента ее зарождения и до наших дней, наряду с колоссальным ростом грузоподъемности самолетов, высоты и дальности полета, особенно выделяются успехи в штурме скоростей. Взгляните на график (рис. 6). На нем показано, как из года в год росли абсолютные рекорды скорости полета самолетов. Из графика видно, что с 1906 по 1962 год скорость увеличилась примерно от 50 до 3 тыс. км/час, т. е. в 60 раз! Какими путями был достигнут такой гигантский скачок скоростей? Конечно, прежде всего увеличением мощности авиационных двигателей, и главный прирост в рекордах скоростей произошел с внедрением в авиацию реактивных двигателей. Да и материалы, из которых делают самолеты, стали более прочными.
Обратите также внимание на то, как изменилась за эти годы форма самолетов, их внешний вид. Случайно ли это? Прихоть ли руководила конструкторами, стремление к более красивым формам или какая-то закономерность, целесообразность? Конечно, не прихоть. Внешние формы быстроходных самолетов подсказаны необходимостью. Посмотрите еще раз на график. Случайно ли, что силуэты тихоходных самолетов в нижней части кривой чем-то напоминают цаплю или аиста в полете, а в верхнем — стрижа, ласточку или сокола, сложившего крылья для стремительного броска на добычу? Нет, не случайно. И в том и в другом случае в борьбе за скорость надо было уменьшить сопротивление воздуха. Но человек, однако, не копировал птицу. Он шел к этой целесообразной форме крыла современных скоростных самолетов своим, сложным путем.
Впервые летчики почувствовали неладное в конструктивных формах довоенных самолетов при полетах с большой дозвуковой скоростью. Она достигалась при крутом пикировании и в тех случаях, когда использовались ракетные ускорители. В этот момент с самолетом начинали происходить странные и опасные явления: он трудно поддавался управлению, а то и совсем выходил из-под контроля летчика.
Стало ясно, что нельзя безнаказанно увеличивать скорость полета, устанавливая на самолетах все более мощные двигатели, пока не будет определена физическая причина этих и других непонятных явлений. Почему еще в дозвуковом полете самолет вдруг начинает испытывать какое-то дополнительное и очень большое сопротивление? И почему он при этом становится неуправляемым? За выяснение этой загадочной картины взялись ученые-аэродинамики.
Надо сказать, что в механике, в этом старейшем разделе физики, за последние десятилетия очень сильно развилась аэродинамика — наука о движении воздуха. С тех пор как Н. Е. Жуковский разгадал тайну птичьего крыла и объяснил механизм образования его поистине чудодейственной подъемной силы, которая затем помогла поднять в небо аппараты намного тяжелее воздуха, ученые немало сделали для развития авиации. Не одна научная проблема, важная для практики, была решена ими. И вот теперь предстояло решить новую.
Были созданы специальные аэродинамические трубы с большими дозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями потока. В них подверглась тщательному исследованию модели самолетов различной формы. В результате множества опытов было установлено, что при обтекании околозвуковым потоком модели самолета с толстым крылом большого удлинения (то есть имеющего большое отношение размаха крыла к хорде или, попросту говоря, ширине) около поверхности машины образуются обширные зобы со сверхзвуковой скоростью потока. В конце этих зон возникают сильные ударные волны, которые и оказываются источником большого дополнительного сопротивления, названного поэтому «волновым».
Похожие результаты ученые получили и при сверхзвуковых скоростях потока в трубе, если модель самолета имела тупую носовую часть и крылья были установлены под большим углом (так называемым углом атаки) к направлению потока. Более простыми оказались течения воздуха около тонких тел с заостренной носовой частью и около тонких крыльев с острой передней кромкой и малыми углами атаки.
Таким образом, было установлено, что обычные прямые крылья большого удлинения и большой относительной толщины (по отношению к ширине крыла), очень хорошие при малых скоростях полета, совершенно непригодны для самолетов с большими дозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями. Слишком велико их волновое сопротивление. Кроме того, при переходе к большим дозвуковым скоростям полета (вспомним пикирование) происходит резкое перераспределение давления воздушного потока на поверхности самолета, что сразу же ухудшает его управляемость и даже может вывести из повиновения летчику.