План научно-исследовательских работ в институтах того времени не был столь жестким и всепроникающим, как потом. Иногда (и далеко не всем) разрешалось то, что летчики военной поры называли свободной охотой: полет в определенном направлении, но без конкретного задания — цели для атаки выбираются «по ходу дела». Я не за бесплановость или растягивание сроков, но жизнь показывает: план в науке иногда может и должен стать понятием растяжимым. Бывает, что план, как окостеневший панцирь, мешает росту живого организма исследования.
Научный работник обычно сам принимает участие в планировании, выдвигая тему, а иногда и сроки. И сам же часто попадает в свой капкан. Оценить время работ по новой теме, когда основная идея до конца и в деталях не ясна, чрезвычайно трудно. А если вдруг по ходу дела обозначился новый, более обещающий поворот? Откуда взять резерв времени? Мы придаем должное значение материальным и другим резервам, а почему со временем должно быть иначе? Из своего горького опыта я вывел правило: «коэффициент запаса» — планируемый интервал времени, который на первый взгляд кажется вполне достаточным,— умножай на два, тогда, работая с полным напряжением, едва уложишься в срок.
К слову, об оценке результатов исследовательских работ: проблема непростая и по сей день актуальная. Все зависит от научной и практической значимости задачи. Иногда и отрицательный результат (полученный с точностью до «наоборот») полезен. В других случаях добытые материалы без серьезного анализа точностей вообще не имеют ценности. А есть еще и такие темы: если в конце узнаешь хотя бы, как следовало ставить работу в начале,— считай результат положительным.
Как сделать туман!
Первый этап моих исследований, возникший из случайного наблюдения, завершился. Опыты проводились на сравнительно крупных каплях, диаметром 0,8—3 миллиметра. Предстоял второй этап. Нужно было доказать универсальность свойства дробления движущихся капель вплоть до самых мелких, обитающих в камерах сгорания. Вопрос этот оставался открытым, ведь мелкая капля быстро увлекается потоком, при этом ее относительная скорость и активные силы падают, деформация не успевает дойти до критической фазы, и распад не происходит.
Переход к более мелким частицам серьезно усложнял эксперимент. Но прежде всего мы нуждались в этих самых мелких частицах. Так в пятидесятые годы возникла проблема точно калиброванных капель. Требовался Прибор, «штампующий» строго однородные капли заранее Известного диаметра, хотя бы до 100—200 микрометров.
Обычные пипетки давали капли порядка два-три миллиметра. «Штучное» производство ртутных капель под микроскопом в первых опытах было решительно пресечено нашей охраной труда.
Как же получить однородные мелкие капли? Казалось бы, чего проще. Вытянуть на горелке носик пипетки хоть до толщины волоса — вот и устройство для получения самых маленьких капель. Увы! Мы уже не раз могли убедиться в сюрпризах мира капель. Помните, в вопросе о форме жидкой частицы нас обманула интуиция, сейчас обманывает так называемый здравый смысл. В действительности получится вот что: на кончике тончайшего капилляра все равно соберется крупная капля жидкости и сама полезет вверх, нанизываясь на капилляр, как бусинка. Большие капиллярные силы высасывают жидкость на внешнюю поверхность стекла, и уже не поймешь, жидкость в капилляре или капилляр в жидкости. По водяной пленке и поднимается капля, легко преодолевая силу тяжести; стряхнуть ее очень трудно, она крепко держится за трубочку.
Тогда решили обмануть капиллярность и испробовать не трубочку, а распылитель (форсунку) с микроканалом длиною не менее десяти диаметров для равномерного течения. Это вызвало технологические трудности — дефицитные сверла в десятую долю миллиметра безбожно ломались. Когда их осталось всего десять, начальник нас просто выгнал из инструментальной кладовой.
Кто-то вспомнил новинку тех лет, а теперь широко распространенный метод электроэрозии, он позволял делать ранее невозможное — сверлить «кривое ружье» или тончайший канал. Я однажды наблюдал работу электроэрозионной установки: было весело глядеть, как голубые микромолнии били с острия простой проволочки в деталь (оба являлись электродами электроцепи), расплавляя материал в маленькой точке поверхности и вырывая капельки металла. Проволочка трудолюбиво прогрызала себе путь, погружаясь в канал. Изобретатели — чета Лазаренко — работали раньше у нас. Они, между прочим, опубликовав статью в журнале, не удосужились оформить авторское свидетельство. Когда встал вопрос о продаже установки за границу, там предъявили патент (по существу, присвоивший чужую идею) и предложили купить установки у них. Как известно, теперь все предусмотрено для исключения таких казусов: наша страна — участник международного соглашения об авторском праве.
Начальник электроэрозионной мастерской инженер Шмуклер был энтузиастом метода. Обнадеженные и веселые, мы моментально составили служебную записку: «Просим прошмуклеровать отверстия в распылителях...» Наш начальник сектора, не читая, подписал (на что и рассчитывалось). Шмуклер сначала рассердился, потом рассмеялся — к вечеру мы получили распылители. Термин «прошмуклеровать» с чьей-то легкой руки вошел в быт института.
Увы, форсунка с тончайшим отверстием не оправдала надежд. Высокое гидравлическое сопротивление канала затрудняло подбор давления подачи, а требовалась мизерная скорость истечения. Струйка то прерывалась, то текла (по выражению механиков) «сикось- накось» — эрозия создавала слишком неровную поверхность, капли получались неодинаковыми.
Придумать с ходу калибровочный прибор не удалось, оказалось непросто реализовать ходячую поговорку: «Похожи как две капли воды». Требовалась новая идея. «Попробуем подключить материальный стимул»,— решил я и уговорил наше начальство объявить внутриинститутский конкурс с премиями на лучшую принципиальную схему прибора. Жюри отобрало два предложения. Одно устройство тут же окрестила «Жбан Гартьера» по фамилии автора — механика стенда. Внутри металлического цилиндра из жести со щелью в верхнем дне устанавливалась форсунка, которая пылила вертикально вверх. Сила тяжести сепарировала капли по массе — мелкие опадали, более крупные били выше. Регулируя давление подачи и высоту расположения форсунки, можно из спектра выделить наиболее дальнобойные капли диаметром до 100—150 микрометров. Вдоль щели подавалась небольшая струя воздуха, транспортировавшая каплю к стендовой установке. Устройство вообще работало, но оказалось очень сложно отобрать одну-единственную частицу стабильного размера.
Другой оригинальный прибор был предложен молодым одаренным инженером А. В. Ливенцовым. Прибор быстро вошел в практику, а изобретатель получил авторское свидетельство. Принцип действия заключался в следующем (рис. 19):
Рис. 19. Генератор однородных капель: 1 — сосуд с жидкостью, 2 — подающая трубка, 3 — боек, 4 — кнопка включения, 5 — электромагнитное реле, 6 — реле питания, 7 — сажевый экран, 8 — фазы каплеобразования, 9 — шарик Плато
боек совершает возвратнопоступательное движение, ударяя в жидкий мениск трубки, на обратном ходе острие вытягивает жидкий столбик, при разрыве которого образуется одиночная капля (шарик Плато) удивительно стабильного размера. Подбирая внутренний диаметр трубки, высоту столба жидкости в сосуде и форму бойка, можно было получать капли любых размеров. Мы нажимали на кнопку, прибор «строчил» серией одинаковых капель или при отрывистом «стаккато» выдавал одну-единственную. Тогда это, возможно, был первый прибор, решающий столь просто и надежно задачу калибровки капель; мы тогда опередили зарубежную технику.
Позднее у нас и в иностранной литературе появилось описание значительно более сложного устройства типа «чертова колеса». В центр вращающегося со скоростью 40 000—60 000 оборотов в минуту диска подается струя жидкости. Огромные центробежные силы, растянув ее в тонкую пелену, отрывают волны колебаний с периферии диска в виде мелких постоянных капель. Конечно, никакие подшипники не выдерживают таких сумасшедших оборотов, и диск, вращаясь, висит на специальной воздушной подушке.