Как работает самая большая в России аэродинамическая труба
В серебристо-синем чреве
- Есть там кто, в трубе? - спрашивает по телефону Алёна Злотникова, пресс-секретарь Московского государственного строительного университета, на территории которого в прошлом году построили самую большую в России аэродинамическую трубу.
Получив положительный ответ, девушка предлагает мне следовать за ней. Мы идём длинными переходами, которые сами по себе напоминают гигантскую трубу. Вдруг перед нами возникает дверь. За ней обычный кабинет. Там сотрудники МГСУ собирают из деревянных панелей макет аэропорта. Прямо из этой комнаты через другую дверь мы попадаем в чрево трубы.
У входа деревянная табличка: "Большая градиентная аэродинамическая труба. Длина - 19 метров. Ширина - 4 метра. Высота - 2,5 метра. Максимальная скорость в рабочей зоне - 31 м/с". Труба похожа огромную серебристо-синюю змею, ползущую под землёй. 19 метров - это только её рабочая зона, общая длина составляет около 92 метров. Мы стоим внутри трубы, но ветра не чувствуем - гигантская установка выключена.
Максимальная скорость, до которой она разгоняет воздух, - 31 метр в секунду. По шкале Бофорта это "жестокий шторм". Именно такая скорость ветра была зафиксирована во время урагана, обрушившегося на Москву летом 1998 года. Тогда погибли 8 человек, свыше 150 получили ранения. Почти тысяча домов осталась без электричества, более двух тысяч зданий были серьёзно повреждены. Общий ущерб от урагана превысил миллиард рублей.
- Вот сюда! На этот круг становиться нельзя, - предупреждает нас сотрудник лаборатории инженер Владислав Поддаев, - тут мы укрепляем макеты со зданиями, и они продуваются…
- Всеми ветрами? - спрашиваю, перешагивая запретный круг.
- Не всеми, конечно, а только смоделированными. Такая большая рабочая зона нужна для того, чтобы мы могли расставить некоторые препятствия, подобные городской застройке. Мы моделируем с их помощью разные формы турбулентности.
- То есть вы можете "вызвать" ветер любой силы и направленности?
- В принципе, да. Идёмте, я покажу вам пропеллеры.
Не дать ветру удариться
Пропеллеры, должна я вам сказать, - это самое прекрасное в трубе: на них запросто мог бы взлететь отряд гигантских Карлсонов. От пропеллеров мы идём по маршруту, который ветер прокладывает каждый раз, когда установка включается. Синий коридор тянется словно в бесконечность. Протискиваемся сквозь специальные поворотные лопатки - они немного закручивают, перенаправляют ветер, не давая ему ударяться о стенки трубы. Это нужно, чтобы воздушный поток не терял скорость на поворотах.
Я замечаю, что некоторые лопатки подвижны - они выдвигаются почти так же, как закрылки на самолётном крыле. Теоретически можно построить трубу без дополнительных конструкций вроде всех этих лопаток, да вот проблема - лабораторий, где уместилась бы подобная установка, просто нет.
- Вон та решётка нужна для того, чтобы поток стал ламинарным, то есть абсолютно ровным, без каких-либо погрешностей, - показывает Владислав на металлическое заграждение с узкими ячейками, которое ставят на пути у ветра.
- Похоже на сито, будто ветер нужно просеять, - замечаю я, разглядывая рабочую зону через эту решётку. Мы подошли к месту, где разгон ветра заканчивается и начинается собственно эксперимент.
- Обычно в самом начале рабочей зоны мы устанавливаем сопротивление - разного размера кубы, - объясняет Поддаев. - И продуваем макет под различными углами атаки. От 8 до 36 углов. Рабочий стол - тот самый круг, на котором стоит макет здания. Стол вращающийся, так что макет можно повернуть как угодно. Рабочая зона, как вы, наверное, заметили, намного уже той части трубы, по которой мы шли, - это ускоряет поток воздуха и позволяет уменьшить количество вентиляторов.
Бывает, что после испытания ветрами архитекторам приходится вносить изменения в план будущего здания. Сотрудники лаборатории, работающие в трубе, архитекторам конкретных рекомендаций не дают - лишь результаты опытов. При этом учёные исследуют не только силовое воздействие воздушного потока, но и шум. Где ветер, там много шума. Поэтому лаборатория называется аэроакустической.
Ещё труба позволяет спрогнозировать распределение снега на крыше сложной конструкции, дабы не получалось, что в каких-то местах скапливаются огромные сугробы, способствующие проседанию и разрушению кровли. Снег в эксперименте имитируют мелкие древесные опилки - полы в лаборатории сплошь усеяны этой древесной крошкой. Недавно учёные устроили испытание плохой погодой макету аэропорта "Южный Ростов". Это такое суперсовременное здание с замысловатой разноярусной крышей, которую нужно было проверить на прочность.
Гигантский фен
Каждый макет соединён пучком проводов с монитором - так во время эксперимента сотрудники лаборатории наблюдают за зданием.
- Чем сложнее строение, тем важнее провести эксперимент, - говорит Владислав. - В основном мы занимаемся уникальными конструкциями. Помните здание МИДа на Смоленской-Сенной площади? Идёмте, я покажу макет шпиля этой высотки. Мы делали расчёты ветровых воздействий для шпиля в обычном состоянии и полностью закрытого строительными лесами. Важно было проверить, не сорвёт ли ветер эти леса и насколько безопасной будет реконструкция.
- Испытываете вы ещё что-то кроме зданий?
- Конечно! Мосты, например, металлические перекрытия, устанавливаемые в людных местах. Или вот градирни (устройства для охлаждения большого количества воды. - "КШ") Воронежской электростанции. Мы испытали таких две.
Подходим к макету, где посреди типового микрорайона стоят три синих небоскреба странноватой формы. Как поведут себя стеклянные высотки под воздействием ветра? Повлияет ли на ситуацию старая застройка? Всё это покажет эксперимент.
- Как часто работает аэродинамическая труба? - спрашиваю Владислава.
- Когда есть заказы. Последний раз включали 30 декабря 2015 года. Сейчас моделируем ещё один аэропорт.
В соседнем помещении есть другая аэродинамическая труба. По сравнению с той, по которой мы гуляли, она кажется малюткой - установлена вдоль стены прямо в лаборатории и напоминает гигантский фен. Это учебная конструкция, с её помощью студенты производят расчёты для дипломных работ. Внутри этой трубы тоже есть рабочая зона - из оргстекла, через которое можно рассматривать крошечную модель здания с приклеенными ленточками.
- Ленточки тут для наглядности, - говорит Владислав, заметив мой удивлённый взгляд. - Чтобы понимать, куда ветер дует.