Жуковский

Но не только уважение побудило Зимина обратиться именно к Жуковскому. Молодой инженер знал, что незадолго до описываемых событий Николай Егорович участвовал в работах по усовершенствованию московского водопровода.

В Москву вода шла из Мытищ, но ее не хватало. Когда возник вопрос о пополнении источников водоснабжения, инженеры поначалу решили расширить мытищинский водопровод.

Изыскания проводили Н. П. Зимин и В. Г. Шухов [12] . Пробурив ряд скважин (воды, наполнявшие мытищинский резервуар, поступали из-под почвы), они подметили любопытный факт; уровень воды все время менялся. Пытаясь разобраться в причине этого непостоянства, изыскатели установили, что подъем и опускание уровня воды тесно связаны с состоянием атмосферы. Стоило атмосферному давлению возрасти — вода уходила вниз. И, напротив, едва оно падало, вода в скважине поднималась.

12

Почетный член Академии наук СССР Владимир Григорьевич Шухов (1853–1939 гг.) был одним из талантливейших учеников Жуковского по Московскому техническому училищу. Занявшись практической инженерной работой, он показал себя выдающимся и исключительно разносторонним специалистом-. Шухов разработал оригинальную форсунку для сжигания жидкого топлива, построил первый в России нефтепровод, первые нефтеналивные суда, разработал систему «советского крекинг-процесса», построил ряд выдающихся сооружений, в том числе известную башню на Шаболовке в Москве, используемую ныне для телевизионных передач..

Непонятное явление не могло миновать внимания Жуковского. В ту пору его пригласили в комиссию, решавшую проблему водоснабжения Москвы. Как всегда, оттолкнувшись от физической сущности явлений, Николай Егорович построил ряд приборов для моделирования процессов. Модели помогли разобраться в загадке: уровень подпочвенных вод меняли пузырьки воздуха, растворенные в насыщенном влагой песке.

О результатах своего исследования Жуковский доложил Отделению физических наук Общества любителей естествознания. Его доклад был заслушан 9 сентября 1888 года, а спустя три месяца члены Политехнического общества при Техническом училище узнали о дальнейших исследованиях профессора.

В новой работе, логически развивая предшествующую, профессор проанализировал движение подпочвенных вод. Снова поставлен ряд опытов, снова для раскрытия секретов процесса использована модель. Она надолго запомнилась участникам заседания своей исключительной наглядностью, возможностью ясного анализа дотоле не исследованного явления.

Формулы, которые Жуковский предоставил изыскателям, не только помогли точно определить мощность водосбора, но и позволили совершенно определенно установить, что запасы мытищинской воды в состоянии насытить город. От идеи расширения этого источника пришлось отказаться.

Однако без полноценного водопровода Москва все же существовать не могла. Поставив крест на мытищинском резервуаре, нельзя было отказываться от решения задачи в целом. При непосредственном участии Жуковского начались новые, более широкие изыскания. Их результатом было сооружение водопроводной станции в Рублеве. Пуск в ход рублевской станции и вызвал тот поток бедствий, о котором мы уже рассказали.

К кому же, как не к Жуковскому, мог обратиться Зимин в трудную для него минуту?

На полученное предложение Николай Егорович откликнулся без промедлений. Задача трудна, очень трудна, но тем больший интерес приобретала она для неутомимого исследователя.

О причинах бед Жуковский догадался сравнительно быстро. Удар, сокрушающий трубы, наносит сама вода. Но почему вдруг тихая и безмятежная вода свирепеет. Как смягчить ее удар? Как рассчитать его силу? На все эти вопросы предстояло найти ответ.

Под руководством профессора начала работать группа инженеров. Они устроились на Алексеевской водокачке, неподалеку от того места, где ныне раскинулись сады и павильоны Всесоюзной выставки достижений народного хозяйства СССР. По схемам, вычерченным Николаем Егоровичем, построили систему труб разной длины, разных диаметров. Установку для эксперимента, необходимую, чтобы моделировать явление, на этот раз при всем желании невозможно было уместить в стенах лаборатории. Однако это никого не пугало. Практики были готовы на все, лишь бы избавиться от своего злейшего врага. Точные приборы приготовились ловить малейшие колебания давления. Сражение с невидимкой началось.

К этой битве Жуковский готовился очень тщательно. Правда, картину явления поначалу он представлял себе весьма смутно. По рассказам практиков и результатам исследований других ученых при всем желании невозможно было подняться выше догадок.

Н. П. Зимин.

Федор Александрович Бредихин.

Николай Егорович Жуковский в первые годы педагогической деятельности.

Отто Лилиенталь.

Как сообщили профессору водопроводчики, аварии происходили при закрытии задвижек. Иногда их удавалось закрывать благополучно, без происшествий, но иногда это сопровождалось сильнейшим «взрывом»: давление в сети труб резко повышалось. Известие об очередном прорыве труб следовало за ним неизбежно.

Практики были убеждены, что давление подскакивало сразу, мгновенно. На первый взгляд это подтверждали и проделанные ими опыты. Однако, несмотря на все свое почтение к эксперименту, Николай Егорович все же усомнился. С присущей ему объективностью он записал в отчете об этой работе: «Инженеры, которые занимались этой задачей, не обратили внимания на то, что при весьма быстром закрытии задвижки вода останавливается и давление поднимается только у задвижки, и это состояние воды передается по трубе, по закону распространения волнообразного движения. Я полагаю, что упомянутое обстоятельство было упущено из виду потому, что наблюдения не делались над длинными трубами; в коротких же трубах, ввиду громадной скорости распространения ударной волны, поднятие давления представляется происходящим вдоль всей трубы одновременно».

К этому выводу Жуковский пришел позднее, завершив целую серию опытов. Что же касается того дня, когда профессор приступил к решению вопроса, то тут, как мы уже говорили, дальше догадок дело не шло.

Прежде всего профессор взялся за книги. Большой знаток литературы по гидродинамике, Жуковский нашел ряд сочинений, исследовавших движение воды в трубах. Листая книги и комплекты журналов, Жуковский встретил в них работы ученых самых различных стран: своего соотечественника Ипполита Степановича Громека, француза Резаля, англичан Кортвега и Ламба. Николай Егорович с большим интересом просмотрел эти труды, но ни один из них не подводил его дальше подступов к той задаче, которую предстояло решить. Некоторые же авторы допускали и ошибочные рассуждения.

К проведению опытов Жуковский приступил со своим обычным остроумием и простотой. Только два сложных прибора входили в число средств наблюдения — хронограф Марея и индикатор Кросби, измерявшие скорость распространения ударной волны и вычерчивавшие диаграмму распределения давлений, — беспощадно изобличившую ошибочное представление о мгновенном возрастании давления по всей сети.

Торопливо и деловито бежит по трубам вода. Но вот вечереет, ее уже не надо так много. Пора снизить расход, уменьшить напор потока. Опускаются массивные металлические затворы. «Дверь» захлопнулась. Но сила инерции гонит воду вперед, пока она не упрется в препятствие, встретившееся на ее пути. Тут-то и происходит самое главное. Остановка столь внезапна, что вода, в обычных условиях практически несжимаемая, на миг приобретает качество, ранее ей не свойственное.

Частицы слоя, который первым соприкоснулся с заслонкой, остановили свой бег. Сзади же неуклонно напирают все новые и новые массы воды. Жидкости становится тесно. Давление растет. Сказочный богатырь словно расправляет плечи, и хрупкий чугун, почти лишенный упругости, лопается со взрывом.

Грандиозный пульс бьется в подземной магистрали. Ударная волна, возникающая в трубах при закрытии заслонки и отражающаяся от нее в обратном направлении, представляет собой как бы биение пульса. Ведь пульсирование крови в организме напоминает гидравлический удар.

Однако гидравлический процесс, протекающий в кровеносной системе, выглядит иначе, чем в водопроводных трубах. Гибкие и эластичные сосуды, обладающие неизмеримо большей упругостью нежели металл, расширяются под напором крови. Жуковский не мог не обратить внимания на сходство и различие этих процессов. Отсюда и сделанный им вывод: грозное явление тесно связано с упругостью материала труб, их диаметрами, толщиной стенок. Закономерности, обнаруженные Николаем Егоровичем, привели к блестящим результатам. «Ударная диаграмма может служить для определения места утечки воды в трубах и вообще дать полные сведения о состоянии трубы», — писал он в окончательных выводах своей работы. Весьма существенным было и другое: работа Жуковского позволяла быстро отыскивать поврежденные участки, а главное — не допускать возникновения аварий на линиях.