Ураган из улитки

К тому же он описал интересное явление, которое не заметил французский исследователь: образующийся вихрь за счет низкого давления в центре сам подсасывал внешний воздух, усиливая эффект вихреобразования. Но невозможность теоретического обоснования вихревых эффектов сыграла с открытиями Ранка-Хилша злую шутку и отложила их техническое применение на десятилетия.

Русский цикл

Первые попытки объяснения вихревых эффектов появились в трудах основоположника вихревой теории винта Николая Жуковского еще в начале XIX века. В СССР исследованиями вихревого эффекта занимались в основном прикладники. Профессор Одесского технологического института пищевого и холодильного оборудования Владимир Мартыновский рассчитал и запатентовал термодинамический цикл для воздушных вихревых холодильных машин, получивший в мире название «russian cycle» Но основной вклад в развитие основ теории этих эффектов внес профессор Куйбышевского авиационного института (ныне Самарский государственный авиакосмический университет — СГАУ!) Александр Меркулов. Созданная им в конце 50-х Отраслевая научно-исследовательская лаборатория N9 тепловых двигателей и холодильных машин (ОНИЛ-9 Министерства авиационной промышленности!) провела огромный объем теоретических и экспериментальных исследований вихревого эффекта. При этом было разработано несколько видов машин. По воспоминаниям ученика Меркулова, профессора кафедры теплотехники и тепловых двигателей СГАУ Владимира Бирюка, именно в Куйбышевском авиационном институте были получены первые данные, касающиеся физической сути этого явления. Авторитет института в изучении вихревых потоков был настолько высок, что в начале 60-х американцы, интересовавшиеся природой разрушительных торнадо, попросили у него помощи в проектировании для Принстонского университета вихревой установки, работающей на эффекте Ранка-Хилша.

Меркулов добился увеличения эффекта охлаждения в вихревой трубке почти в два с половиной раза (сейчас разница между теплым и холодным потоками превышает 100 градусов!). Подобные установки до сих пор работают в авиационных КБ и на заводах, используя воздух из обычных пневмосистем. Но власти обратили внимание на работы куйбышевской ОНИЛ-9 только после чернобыльской катастрофы. В меркуловской лаборатории использовали эффект вихревого всасывания, подмеченного Хилшем, для создания моющих машин большой мощности. В них всасываемая в вихрь грязь отбрасывалась во внешние слои искусственного циклона и собиралась затем в герметичную емкость. При дезактивации зараженной территории и оборудования было использовано более ста таких машин, отмывших сотни квадратных километров загрязненных поверхностей. Кстати, подобный эффект используется и в вихревых эжекторах-насадках на глушитель автомобиля. В периферийных горячих слоях вихревого потока лучше сжигаются вредные примеси, а за счет низкого давления в центре потока снижается противодавление выбросу из цилиндров, а значит, эффективнее сгорает топливо, в результате чего расход его уменьшается на 10-15%.

Дополнительное завихрение

Знакомство директора по науке компании «Нотека» научившейся делать бизнес на вихрях, Рудольфа Серебрякова с Александром Меркуловым произошло в 70-х годах. Тогда шли активные поиски технологий для замены спиртовых охладителей электронных и оптических систем самолета. Например, для охлаждения приборов МиГ-25 требовалось около 250 литров спирта и спиртовых смесей, и задачей конструкторов было облегчить новые поколения боевых самолетов на четверть тонны. Богатый опыт куйбышевцев помог быстро создать охладители, основанные на эффекте Ранка-Хилша, которые работали от набегавших на крыло самолета воздушных потоков и создавали в системе глубокий холод (до -70 градусов по Цельсию!). Ученые группы Меркулова вместе со специалистами НПО«Молния» разрабатывали систему охлаждения для планера космического челнока«Бурана» Именно тогда Рудольф Серебряков и загорелся идеей ветряка, эффективность работы которого усиливалась бы за счет дополнительного завихрения ламинарного потока воздуха. Идея была простая, ведь основная проблема обычных лопастных ветряков — либо слишком слабые, либо слишком сильные ветры. При небольших ветрах лопастные ветряки просто не работают, в случае же штормовых — их лучше не только останавливать, а класть вместе с мачтами на землю. Для серебряковского ветряка, как он сам его называет — вихряка«не нужны ни сильный ветер, ни высокая мачта, ни система ориентации на ветер, а входящий поток контролируется простым регулировочным воздухозаборником. Причем их можно устанавливать модульно — друг на друга, повышая мощность до необходимой, независимо от силы ветра. Правда, без системы аккумуляции электроэнергии все равно не обойтись, так как по российским законам избыток мощности нельзя» сливать«в существующие энергетические сети.