История электротехники - Коллектив авторов

Н.А. Карякин является одним из основоположников отечественной авиационной светотехники. В 30–40-х годах им в соавторстве с В.В. Кузнецовым и Ю.В. Фридом была опубликована серия статей под общим названием «Световые авиамаяки», в которой изложены методы расчета СП для авиационных трасс и взлетно-посадочных полос. В этот же период он переводит и дополняет труды французского ученого А. Рокара, посвященные вопросам влияния атмосферы на формирование структуры светового поля прожектора и видимости удаленных объектов в прожекторном пучке.

Вопросам структуры светового поля, переноса световой энергии от СП через среду к приемнику излучения и влияния среды на структуру светового пучка посвящены работы А.А. Гершуна (1903–1952 гг.). В годы Великой Отечественной войны им была создана теория светомаскировки, разработаны методы маскировочного освещения и приборы для его контроля, схемы маскировочных светильников.

В дореволюционной России практически не была развита светотехническая промышленность. До 1929 г. в стране работала единственная арматурная фабрика, которая выпускала до 13 тыс. СП в год. В 1929 г. был создан завод «Электросвет» им. Н.Н. Яблочкова, а в 1930 г. Л.Д. Белькинд стал его техническим директором. С введением в строй этого завода, начавшего выпуск первой серии рациональных промышленных светильников, их производство в стране увеличилось в шесть раз. В 1927 г. на Московском электрозаводе был организован прожекторный отдел, на основе которого в 1932 г. был создан Московский прожекторный завод. На нем в предвоенные годы был налажен серийный выпуск прожекторов.

После Великой Отечественной войны светотехника становится одной из важных отраслей народного хозяйства СССР. В первые послевоенные годы вышли фундаментальные монографии и учебные пособия по светотехнике, которые стали известны во всем мире [9.14–9.19].

В 50–70-е годы вводятся в строй новые промышленные предприятия в разных регионах СССР: Рижский и Ардатовский светотехнические заводы, Тернопольский завод «Электроарматура», завод «Светотехника» (г. Лихославль) и завод «Эстопласт» (г. Таллинн).

В этот период заметно увеличился выпуск и номенклатура прожекторов общего назначения, применяемых для освещения; светосигнальных, аэродромных, корабельных, самолетных, киносъемочных, театральных, телевизионных, подводных СП. Выполняются комплексы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, направленные на конструктивное совершенствование СП, унифицирование их элементов, обеспечение наибольшего срока службы, надежности работы, наименьшей трудоемкости при их производстве, минимальной стоимости монтажа и эксплуатации.

Появление широкого ассортимента новых источников излучения — газоразрядных ламп низкого и высокого давления — потребовало разработки новых методов расчета СП. Продолжал развиваться и совершенствоваться метод элементарных отображений, который трудами Н.А. Карякина, В.В. Трембача и др. превратился в стройную теорию, которая с успехом применяется как для расчета светооптических приборов (учитывает аберрационные и дисперсионные явления), так и светильников с зеркальными отражателями и призматическими рассеивателями. Основные положения этой теории приведены в [9.15,9.18].

Больших успехов достигли отечественные светотехники (Н.А. Карякин, М.М. Елин, В.В. Кузнецов, В.В. Новиков, И.И. Спивак, Ю.В. Фрид и др.) в области расчета приборов прожекторного типа. Разработаны методы расчета одинарных и усложненных оптических систем с источниками излучения, обладающими сложными светящими телами с неравномерной яркостью, а также с линзовыми рассеивателями различных профилей.

Были разработаны методы расчета светильников с линейными светящими элементами (люминесцентные, трубчатые ксеноновые, кварцевые галогенные лампы). Большая заслуга в этом принадлежит Ю.Б. Айзенбергу, А.С. Зусману, Н.В. Чернышовой, В.В. Трембачу, Б.Н. Глебову.

Использование новых мощных источников излучения выдвинуло проблему улучшения теплового режима светильников. Благодаря исследованиям тепловых процессов в СП, проведенным в довоенные годы. Н.Г. Болдыревым и И.Б. Левитиным, во ВНИСИ были созданы конструктивные схемы, выбраны, размеры, формы и материалы новых типов СП различного назначения.

Широкое внедрение вычислительной техники во все сферы народного хозяйства позволило сделать дальнейшие шаги в области расчета и разработки СП. Теоретические исследования Ю.Б. Айзенберга, А.А. Коробко, В.В. Трембача позволили использовать метод Монте-Карло, метод «прямого и обратного» лучей применяемый в геометрической оптике для энергетического расчета светооптических систем. Практической реализацией этих работ явилось создание ВНИСИ целой серии СП для тепличных хозяйств и животноводческих комплексов. Рассчитаны, сконструированы и внедрены для целей освещения и облучения световые комплексы в виде плоских и полых световодов (Ю.Б. Айзенберг, А.А. Коробко, В.М. Пятигорский).

В последние десятилетия бурно развивается транспортная, сигнальная, авиационная, железнодорожная, автомобильная, космическая, водная светотехника. На рис. 9.8 приведена классификация современных СП.

9.4. СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Светотехнические установки (СТУ) представляют собой совокупность следующих элементов: источника, генерирующего излучение оптического диапазона спектра; прибора для перераспределения и трансформации этого излучения в пространстве; среды, в которой осуществляется перенос излучения, а нередко и его трансформация, и, наконец, приемника излучения, реакция которого во многом определяет эффективность всей установки. Основное назначение любой СТУ — создание оптимальных условий облучения (освещения) для получения максимальной реакции соответствующего приемника. Многообразие приемников не позволяет Создавать однотипные по своей структуре и назначению установки.

Осветительные установки (ОУ) — установки, использующие излучение видимого диапазона спектра и предназначенные для создания оптимальных условий жизни, работы, отдыха, творчества человека. Все другие установки, обеспечивающие оптимальные условия работы любых других приемников излучения оптического диапазона спектра, носят название облучательных установок (ОБУ).

В настоящее время любая сфера деятельности человека не обходится без освещения, поэтому так разнообразны типы ОУ, которые необходимо проектировать и рассчитывать инженерам-светотехникам. Среди них установки промышленного освещения, освещения общественных зданий и сооружений, подземных и наземных горных выработок, наружного освещения городов и населенных пунктов, освещения на транспорте, естественного и совмещенного освещения зданий и т.д.

Не менее разнообразна группа облучательных установок, которые используют как видимое, так и ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. В зависимости от характера преобразования энергии излучения приемником ОБУ подразделяют на несколько групп: фотоэлектрические, фотохимического действия, теплового действия, фотолюминесценции, фотобиологического действия.

Если представить структуру всей светотехнической науки в виде пирамиды, то в ее основании находятся научные разработки источников излучения и приборов. Вершину этой пирамиды занимают СТУ. Наблюдается постоянная взаимосвязь всех ее частей. Именно установка формулирует требования к характеру излучения источника и основным параметрам прибора. Она же требует учитывать влияние среды как на перенос энергии излучения от источника к приемнику, так и на свойства и структуру пучка переносимого излучения. СТУ тесно связаны с другими науками — математикой, различными отделами физики и химии, физиологией, психологией.

Естественным источником излучения для всего живущего на Земле является Солнце. Оно служит не только источником жизни, но и формирует эту жизнь, наделяя ее системами регистрации излучения. С.И. Вавилов, который много сделал для становления и развития светотехники в нашей стране, в своей книге «Глаз и Солнце» очень убедительно доказал взаимосвязь этих двух субстанций. Первым искусственным источником излучения был факел. Поэтому осветительные установки древности выполнялись в виде равномерно размещенных факелов, свечей, лампад и т.д. Древние зодчие создавали конструкции зданий, выбирали места для их постройки с учетом естественного освещения. При этом учитывалось попадание света и во внутренние помещения.

Появление керосиновых и газовых фонарей расширило возможности осветительной техники, но ненамного. Свет газовых фонарей не был стабильным, огонь то разгорался, то погасал, постоянно вздрагивал, а это отрицательно сказывалось на зрительном восприятии. Революцией в технике освещения стало появление электрических источников света (см. гл. 3).