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.
Но почему все-таки удается получить одинаковые капли? Мысль изобретателя перехитрила природу, самопроизвольно стремящуюся к статистическому беспорядку спектра распыливания — принцип заключается во вмешательстве упорядоченного поля сил в хаос распада. В начальный момент, когда на жидкой поверхности развиваются колебания лишь одной наиболее неустойчивой длины волны, центробежные силы захватывают ее и отделяют от жидкости раньше, чем разовьются другие волны — источники капель всевозможных размеров.
В литературе был описан еще один метод получения одинаковых капелек: они выпадают в виде тумана из насыщенных паров. Но эта «туманная» установка отпугивала своей сложностью и трудностью регулировки, о чем глухо упоминал сам автор. Другое приспособление для получения однородных мелких капелек все-таки обуздало тонкий иглообразный капилляр — мелкая капля с него сдувалась специально дозированным соосным потоком воздуха; впоследствии такое устройство пригодилось в опытах с испарением. Но это все появилось потом, а пока все мои надежды были связаны с прибором Ливенцова.
Трудность вдруг пришла с неожиданной стороны: кое-кто из руководства стал возражать против продолжения моей работы.
— Хватит рассматривать мелкую каплю крупным планом, у нас отраслевой, а не академический институт. Получен первый принципиальный результат, ну и хорошо. Пусть ученые-теоретики изучают общие закономерности, нам нужно делать не бумагу, а железо. Нельзя так долго исследовать один элементарный процесс: скорее пройти по всей цепочке и создать практический расчет камер сгорания.
В этом, конечно, содержалась своя логика, но была и другая, ее-то я и отстаивал со всем пылом и упорством (после чего в нашей стенгазете появилась частушка «Почему Волынский с пылом занимается распылом?»).
Фронт науки — академической или прикладной — един; если на каком-то участке обозначился успех, прорыв в неизвестное, надо его максимально развить, добиваясь возможно больших результатов, тогда они пригодятся не только в нашей отрасли, но и в других. Именно поэтому спустя некоторое время ко мне потянулись за консультацией не только из нашей, но и других самых разнообразных областей техники: двигателисты, теплотехники, химики, металлурги, которые теперь распыливают металл в порошковой металлургии. Были даже медики и биологи, интересовавшиеся мелкодисперсными эмульсиями для своих препаратов. Как всегда, практике от науки нужно было одно: хорошая теория или обобщение надежного эксперимента.
Для меня этот спор «академиков» и «практиков» был в то время совсем не академическим — могли просто прикрыть тему на следующий год.
