Эта удивительная подушка

Финские сани-экранолет, о которых уже упоминалось, тоже не имели крыла, подушку создавал широкий корпус. У нас в стране отличные аэросани-экранолет создали в самолетном конструкторском бюро А. Н. Туполева. Сани без крыла, подъемная сила корпуса при сравнительно небольших скоростях движения лишь приподнимает его, уменьшая давление на снег. При скорости восемьдесят километров в час давление уменьшается на одну треть, при скорости более ста километров в час сани уже не касаются снега вовсе.

Они становятся экраполетом и опираются на воздушную подушку.

Большая скорость, при которой создается динамическая воздушная подушка экранолета, делает его не очень-то пригодным для движения над неровной сушей. Другое дело — водная гладь. Мчась над водой, на границе двух океанов — водного и воздушного, он может превзойти по своим данным корабль и самолет.

На суше тоже есть вид транспорта, нуждающийся в идеально гладкой и ровной дороге — железнодорожный. Рельсолет на воздушной подушке способен намного увеличить скорость поезда. Но нельзя ли обойтись без вентиляторов для создания подушки? Придать вагону «аэродинамическую» форму, чтобы он при большой скорости обладал подъемной силой и сам создавал воздушную подушку, приподнимающую его над рельсами?

Эта идея высказана еще Циолковским. Ученые нашей страны работают над созданием поезда-экранолета, разработан, в частности, проект крылатого поезда на сто восемьдесят пассажиров, со скоростью шестьсот километров в час.

Есть ряд зарубежных проектов трубопоезда-экранолета. По одному из них поезд стреловидной формы должен лететь в трубе с кольцевым воздушным зазором двести миллиметров между ним и стенками трубы. Зазор создается с помощью небольших изогнутых «крылышек» — они образуют динамическую воздушную подушку, превращающую поезд в экранолет. Скорость поезда по проекту может быть даже сверхзвуковой. Чтобы достичь такой скорости, поезд должен засасывать воздух из трубы перед собой и выбрасывать его в трубу сзади, так что он будет лететь в разреженном воздухе, а сзади его будет толкать воздушная подушка. (Описание принципа движения такого поезда, конечно, упрощено.)

В одном студенческом проекте США предлагается создать летательный аппарат с воздушной подушкой трех сортов! При взлете и посадке воздушная подушка заменит обычное самолетное шасси. Бескрылый, но имеющий аэродинамические очертания крыла корпус создаст динамическую подушку на малых высотах и обеспечит свободный полет при больших скоростях. Наконец, в конструкции аппарата предусмотрены емкости, заполненные гелием, как у дирижабля.

Мы находимся, вероятно, накануне подлинной технической революции в транспорте. Можно думать, что будущее столетие станет веком расцвета новых, невиданных транспортных средств, основанных на использовании чудесных свойств воздушной подушки.

Миллион оборотов

Девиз века «быстрее!» относится не только к средствам передвижения, но и ко всем производственным процессам современной индустрии. Быстрее — значит, производительнее, значит, каждый человек и каждая машина дадут больше продукции, необходимой людям.

Все быстрее движутся различные части машин и станков, быстрее вращаются в подшипниках бесчисленные валы. Но разве просто — заставить вал вращаться быстро? И что значит — быстро? Сколько оборотов в минуту может делать какой-нибудь вал или тут предела нет? А если есть, чем он устанавливается?

Ответ на эти вопросы важен для всей современной техники. Ведь редко найдешь машину или станок без вращающихся валов в самых важных частях.

В большинстве случаев число оборотов вала ограничивается подшипниками, на которые вал опирается. Подшипники — важнейший элемент современной техники, вся она «вращается на подшипниках». Никто не подсчитал, сколько подшипников находится постоянно в работе, им несть числа.

Первый подшипник появился, вероятно, вместе с древним колесом. У многих из людей старшего поколения в воспоминаниях детства присутствует скрип колес плохо смазанной телеги — основного средства сообщения каких-нибудь полвека назад. Всего полвека, а как изменился мир! Даже бесшумное автомобильное колесо, обутое в воздушную подушку-шину, уже не устраивает: подавай летающие автомобили, летающие поезда…

Скрипит колесо — это скрипит ступица колеса, его подшипник. Он нуждается в постоянном уходе, прежде всего смазке. Не для того, чтобы унять противный скрип, это бы еще полбеды. Скрип — первый сигнал неблагополучия со смазкой, сигнал тревоги. Без смазки ни один подшипник работать не может.

Без смазки вращающийся вал будет тереться непосредственно о поверхность подшипника. Как ни гладка поверхность трущихся деталей, она усеяна незаметными глазу пиками и впадинами, которые отчетливо видны в окуляре микроскопа, — они и есть первопричина так называемого сухого трения. А оно смертельно опасно для подшипника, так как приводит к его износу и перегреву. Ведь сильное трение означает, что в тепло переходит большая работа трения — один шаг до выхода подшипника из строя из-за заклинивания или разрушения.

Когда подшипник смазан, то вал и подшипник разделены тонким слоем смазочного масла. Столь велика роль этой масляной пленки, что без преувеличения можно сказать — на ней держится вся современная индустрия.

Роль смазки была оценена людьми в самые старинные времена. Во всяком случае, египетский рисунок давностью почти три тысячи лет изображает человека, льющего смазочное масло под салазки, перевозящие тяжелое каменное изваяние. Археологи нашли остатки смазки в ступицах колес древних повозок, возраст которых не менее трех с половиной тысяч лет.

Смазочное масло непрерывно течет сквозь едва видимый зазор между вращающимся валом и подшипником, образуя там масляную подушку, поддерживающую вал. Теперь уже трется не вал о подшипник, а слои масла в подушке друг о друга. Трение в жидкости неизмеримо меньше — значит, меньше работа трения и выделяющееся тепло. Но и оно уносится маслом, которое не только смазывает, но и охлаждает подшипник, дважды защищая его от перегрева. Смазка нужна любым подшипникам — и опорным, подобным описанному выше, и упорным, когда нагрузка действует вдоль вала — в случае трения скольжения или качения.

Всем хорошо смазочное масло, но и оно сдает, когда число оборотов сильно возрастает. Как ни мало трение в масляной подушке, оно быстро увеличивается с числом оборотов. И вскоре ставит предел дальнейшему росту числа оборотов.

Техника не терпит барьеров на пути своего развития. Разумеется, и барьер числа оборотов будет преодолен, уже успешно преодолевается. С помощью все той же воздушной подушки.

Это одно из самых важных его применений.

Идея воздушной смазки вместо масляной вполне оправдана — трение в газе неизмеримо, в сотни и тысячи раз слабее, чем в жидкости, им можно пренебречь. Это и позволяет практически снять барьер оборотов.

Идея подшипника с воздушной смазкой проста. Воздух под давлением поступает в зазор между валом и подшипником и поднимает вал, всплывающий на тончайшей воздушной подушке. Ее толщина измеряется долями миллиметра, ведь поверхности вала и подшипника гладкие, имеют лишь микроскопические неровности. Но зато давление воздуха в подшипнике значительно больше, чем в воздушной подушке летающего судна или автолета, оно обычно равно нескольким атмосферам.

Подшипник с воздушной смазкой может быть устроен и иначе, напоминая экранолет. В этом случае воздух в зазор подшипника под давлением не подводится, вращающийся вал создает сам динамическую воздушную подушку, подминая окружающий воздух под себя. Какой вид воздушной смазки выгоднее в данном подшипнике — аэростатический или аэродинамический, устанавливают тщательным расчетом.