Необычайная по глубине и тонкости наблюдательность Сыромятникова позволила ему составить себе полное и точное представление о тепловом процессе паровоза и прийти к заключениям, поразительным по своей широте и проникновенности. Термодинамические основы далеко не исчерпывают всех сторон теплового процесса, как, например, сжигание топлива, отдача тепла через стенки паропроводов и т. д. Если эти вопросы и были изучены в тепловых стационарных установках, работающих при постоянном режиме, то в условиях переменного режима эти звенья теплового процесса приходилось изучать заново, лишь в самой слабой мере опираясь на работы других. Какое бы отдельное звено этого процесса ни брал Сыромятников, — будь то горение или теплопередача, служебный расход пара или потери тепла, перегрев пара или тяга газов, — везде он находит все новые и новые детали, характеризующие тепловозный процесс паровоза и указывающие теоретические пути к повышению его экономичности.

Даже в тех вопросах, которые до Сергея Петровича уже изучались выдающимися термодинамиками, он находит «слабые места». Так, например, в вопросе передачи тепла через стенки топочной коробки и дымогарных труб известные термодинамики Редтенбахер и Ранкин рассматривали только случай передачи тепла от одного тела к другому исключительно путем соприкосновения.

«Между тем в действительности, — указывает Сыромятников, — теплопередача всегда совершается одновременно соприкосновением и лучеиспусканием, причем преобладающим в количественном отношении может оказаться и тот и другой способ. Так, например, в паровозном котле с внутренней топкой и дымогарными трубами в пределах топочной камеры теплопередача в подавляющей своей части протекает путем лучеиспускания раскаленного слоя газового факела, тогда как в дымогарных трубах этот способ передачи тепла почти отсутствует».

Это элементарное понятие из области теплопередачи не учитывалось исследователями. А оно ведет к практическому выводу, что при передаче тепла лучеиспусканием количество передаваемого тепла в гораздо более сильной степени зависит от температур источников, чем при передаче соприкосновением.

Если напомнить, что непосредственная практическая цель устройства паровых котлов заключается в осуществлении теплопередачи от газов к воде, то легко понять, сколь существенно важным является указание ученого для нахождения коэффициента теплопередачи.

^{Товарный паровоз серии «ФД».}

Нет почти ни одного вопроса из рассмотренных в труде Сыромятникова, где автору не приходилось бы путем проводимого заново глубокого и тонкого анализа делать те или иные открытия. В решении этих сложных задач ему помогает огромная эрудиция во всех отраслях современного естествознания. Ведь, скажем, процесс горения для полноты анализа должен рассматриваться и как химическая реакция.

Раскрывая с исчерпывающей полнотой тепловой процесс паровоза с точки зрения самых последних достижений науки, Сыромятников в то же время очень далек от мысли оценивать использование паровоза только по его тепловой работе. Бесспорно, например, что форсировка котла ведет к некоторой потере топлива, так как тут нельзя добиться химически полного сгорания угля, но «экономичность работы паровоза должна рассматриваться с точки зрения ее конечного эффекта, — говорит Сыромятников. — Повышая форсировки паровоза, мы увеличиваем его мощность, скорости движения поездов, а следовательно, ускоряем оборот паровозов и вагонов, что при заданном грузообороте требует меньшего количества единиц подвижного состава. Меньшее же количество паровозов, обслуживающих данный грузооборот, требует и меньшего количества топлива, что в конечном счете ведет не к увеличению, а к уменьшению общего количества топлива, сжигаемого в паровозах».

Приступая к изучению отдельных звеньев теплового процесса паровоза, Сыромятников столкнулся еще и с недостаточностью и с неточностью экспериментальных данных, имевшихся до него в литературе.

Например, величину коэффициента теплопередачи в дымогарных трубах один ученый считал вдвое, а другой втрое большей, чем третий. Для того чтобы определить истинную величину этого коэффициента, Сыромятников провел около четырехсот опытных поездок на различных паровозах, да еще произвел специальные исследования работы пирометров, которыми измеряются высокие температуры. На основании этих исследований он составил таблицу поправок к показаниям пирометров, объяснив, почему происходит неточность их показаний в данном случае.

Экспериментировать на паровозе, в условиях его нормальной работы, это, конечно, совсем не то, что производить опыты в просторной лаборатории с максимумом возможных удобств. Но советский ученый, пренебрегая всеми трудностями, провел огромную работу, которая дала прекрасные результаты. Недаром был так велик среди железнодорожников авторитет этого ученого. Сыромятников мог дать дельный совет и кочегару, и машинисту, и коллеге-профессору, и студенту-дипломнику, и, конструктору, проектирующему новый паровоз.

Разработанной Сыромятниковым теории посвящена его книга «Тепловой процесс паровоза», представляющая единственное и первое в мире руководство для научно обоснованного проектирования и расчета новых и для тепловой модернизации действующих паровозов. Одновременно в Московском высшем техническом училище имени Баумана он начинает читать курс лекций по этой дисциплине и создает советскую школу паровозной теплотехники, опираясь на весь предшествующий опыт теплотехнической мысли в нашей стране.

Заслуги Сыромятникова высоко оцениваются Советским правительством и научной общественностью. Он награждается орденом Ленина и орденом Трудового Красного Знамени.

В 1943 году Сыромятникову присуждается Сталинская премия, в этом же году он избирается академиком.

Совет Министров Союза ССР присваивает ему звание генерал-директора тяги первого ранга.

Если сравнить вышедшее в 1947 году пятое издание монументального труда Сыромятникова с первым изданием, то мы увидим, что в течение двух десятилетий советский ученый ни на одну минуту не успокаивался на достигнутом и продолжал последовательно развивать теорию, меняя концепции и не стесняясь устранять ошибки, выяснившиеся в свете нового опыта и все более и более углубленного анализа.

Сыромятников осветил все вопросы паровозной теплотехники в разработанной им теории так ярко, что практическое приложение ее для создания нового экономичного паровоза было лишь делом времени. Перед возглавляемым им конструкторским бюро он поставил задачу — создать паровоз с высоким коэфициентом использования, однако без коренной ломки общего вида современного паровоза, со всеми обычными для него размерами.

— Я не изобретатель, — говорил он, — я ничего не предлагаю нового, не собираюсь ломать уклада железнодорожного хозяйства. Я ученый, исследователь, теоретик. Я предлагаю только использовать науку и здравый смысл при создании нового паровоза.

^{Отделка паровоза серии «Л» на Коломенском заводе.}

Все технические и конструктивные решения, намеченные Сыромятниковым, поражают своей простотой Они теоретически предусмотрены им уже в его монументальном труде, который он заканчивает перечнем мероприятий, способных поднять экономичность паровоза.

Установив, что огромный резерв тепла содержится в отработавшем паре, который выбрасывается через конус в атмосферу, Сыромятников предложил наиболее рациональные размеры насадок конуса для паровозов разных серий. Правильным выбором насадок достигается определенное сокращение расхода топлива и в проектируемом паровозе.

Главное же, должен быть резко повышен явно недостаточный перегрев пара, затем надо оборудовать паровоз рациональным типом водоподогревателей с подогревом воды по меньшей мере до 100° и надежно работающими воздухоподогревателями с подогревом воздуха до 200°.