Техника - молодёжи 1952-08, страница 6

Профессор Г. И. ПОКРОВСКИЙ

Нелегко в почти бесконечном разнообразии машин и приспособлений, созданных за время существования человеческой культуры, найти какие-то общие, чисто технические черты, проследить общие технические линии развития.

Не пытаясь охватить всей глубины и сложности этой проблемы, мне хочется обратить внимание на характерные черты развития только

Обычный кривоишпно-^ч, шатунный механизм — j простейший механизм, состоящий из жестких неизменяемых деталей.

тех механизмов, которые преобразуют механическое движение из одних форм в другие. Такого рода механизмы применялись человеком еще в самые древнейшие времена; бесконечно усложненные, они работают и сегодня в наших машинах, приборах, аппаратах. К ним относятся рычаги и зубчатые колеса, винтовые механизмы и фрикционные передачи, сопла реактивных двигателей и диффузоры гидравлических машин. Наш анализ

•Лук — простейший механизм, имеющий деформируемую упругую деталь, в которой накапливается энергия, преобразующаяся в этом механизме в кинетическую энергию стрелы.

начнем с первых научных обобщений в этой области.

Уже в древней Греции, примерно за 2 000 лет до нашего времени, создавались такие сложные механизмы, которые потребовали научного изучения. Это изучение привело к необходимости выделить их основные, характерные элементы. В частности, это было сделано известным греческим ученым Архимедом, жившим в Сицилии. Им было создано учение о рычагах, на основе которого и сегодня еще рассчитывают многие, широко распро

страненные механизмы, как, например, ножницы, простые и зубчатые колеса, весы и т. д.

Характерной особенностью даже самых сложных механизмов прежних веков является то, что каждый из них можно разложить на ряд элементов, так или иначе соединенных друг с другом в подвижную систему. При этом движение сводится к взаимному перемещению одного элемента по отношению к другому. Каждый элемент, взятый в отдельности, остается в процессе работы механизма практически неизменяемым во всех отношениях.

Механизмы такого рода постепенно стали, однако, видоизменяться. Еще с доисторических времен человек применял лук, где использовалась упругая деформация для сообщения стреле значительной скорости. Эта идея нашла дальнейшее развитие в пружинных заводных механизмах, в частности в часах. В этих механизмах наряду с неизменяемыми, жесткими элементами работали также и гибкие, упругие элементы — пружины. Такие же пружины появились позже в рессорах экипажей. Пружинящие элементы работали при этом в окружении целой системы соединенных между собой жестких неизменяемых деталей. Движение упругих элементов и их деформации в таких механизмах довольно просты— происходит изгиб, сжатие, растяжение, кручение. Деформирующийся элемент обычно имеет задачу аккумулировать энергию, произвести соответствующую работу.

Однако энергия, которая могла быть накоплена в единице объема, оказывалась при этом весьма незначительной. Например, в одном кубическом сантиметре самой прочной стали едва ли можно накопить энергию, превосходящую одну четверть килограммометра.

Очевидно, что столь малая энергоемкость упругих деталей сильно ограничивала их практическое значение и заставляла искать такие формы вещества, где бы энергия могла сосредоточиваться в гораздо больших количествах.

Первым решением этой задачи явилось изобретение огнестрельного оружия, в котором пуля или снаряд приводятся в движение за счет энергии расширяющихся, подобно чрезвычайно сильно сжатой пружине, пороховых газов. Между стволом пушки и снарядом введен новый, необычный элемент механизма — упругие и интенсивно расширяющиеся газы, в которых можно накопить гораздо больше энергии, чем в твердых телах. Взрывные газы могут содержать до 1 ООО килограмметров энергии в каждом кубическом сантиметре своего объема.

Так появилась новая разновидность механизмов, сочетающих твердые неизменяемые детали с изменяющимися по объему газовыми «пружинами». К такого рода механизмам следует отнести в первую очередь поршневые паровые машины и поршневые двигатели внутреннего сгорания.

Однако во всех этих машинах движение газа еще очень ограничено неподвижными и движущимися металлическими деталями.

Существенным шагом вперед было применение сопел в реактивных двигателях и турбинах. Конические расширяющиеся сопла представляют собою, по существу, механизм, где в жестких направляющих движется газовый клич, каждый весовой элемент которого непрерывно увеличивается в объеме. Здесь газ ведет себя уже не как элементарная пружина, а как совокупность деталей механизма, осуществляющих сложное движение одновременно по различным направлениям.

Газ состоит, как известно, из молекул, находящихся в непрерывном хаотическом движении. Если газ работает в каком-либо механизме, то это значит, что мы частично овладели хаосом молекулярного движения, придали этому движению упорядоченную, поддающуюся нашему сознательному управлению форму. Первый шаг сделан в этом направлении в пушках и поршневых двигателях. Дальнейший шаг осуществляется в соплах