Текст книги "Юный техник, 2009 № 04"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

В этом номере Патентного бюро мы расскажем о необычном генераторе электроэнергии Ивана Клюеваиз Клуба юных изобретателей города Сосновый Бор Ленинградской области, дирижабле Андрея Рыбкинаиз Архангельска, а также об электронагревателе воды Сергея Реутоваиз Вологды.

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО № 1112

ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПЕСЧАНЫХ ПУСТЫНЬ…

…может стать ветер, считает Иван Клюев. Но строить в пустыне ветровые станции сложно, ведь все материалы и оборудование нужно везти с собой. Более того, в пустынях ведь никто не живет, туда лишь время от времени наведываются экспедиции. А потому стационарные установки и вовсе строить нет смысла. Лучше взять с собой генератор, вырабатывающий энергию за счет трения песка, который несет ветер.

Корпус этого генератора имеет специальное покрытие, электризующееся, когда о него трутся пролетающие песчинки, а электроды снимают накопившийся заряд, чтобы члены экспедиции могли использовать электричество для работы приборов, освещения и прочих нужд.

Такой генератор, считает Иван, можно будет использовать и на Марсе, где, по его мнению, тоже дуют ветры. Трибоэлектрическое устройство Ивана Клюева ( tribos, напомним, по-гречески значит «трение») – совершенно новое слово в технике. Насколько же оно эффективно?

Схема генератора Ивана Клюева.

Кое-что можно выяснить, если рассмотреть картину обтекания ветром корпуса генератора, предложенного Иваном. Допустим, что она похожа на картину обтекания крыла самолета. Из рисунков видно, что у самой поверхности гладкого обтекаемого тела почти всегда существует тонкий неподвижный пограничный слой воздуха. Он препятствует контакту с поверхностью воздуха и песка, резко уменьшая поток частиц, а значит, и мощность устройства. Как же быть?

Аналогичный процесс встречается в теплотехнике, когда приходится нагревать стенку трубы парового котла. На ней тоже образуется пограничный слой, мешающий основной массе горячих газов передавать ей тепло. Котел из-за этого нагревается слабо, тепло расходуется впустую.

Для борьбы с этим явлением на стенке делают небольшие выступы или впадины строго определенного размера. Натыкаясь на них, пограничный слой отрывается от стенки и уступает место свежим массам горячих газов. Весь воздух, проходящий вдоль трубы, успевает передать ей тепло. Таким способом следует воспользоваться и нам. Правда, возникнут некоторые тонкости… но вывод один. При создании трибоэлектрического источника электроэнергии необходимо применять законы аэродинамики.

Учитывая новизну идеи, Экспертный совет принял решение удостоить Ивана Клюева Авторского свидетельства Патентного бюро.

Вместе с тем Экспертный совет обращает внимание на крайне невнятные чертежи Ивана. Они более напоминают головоломные задачи по черчению, нежели рабочие документы. Это затрудняет мышление самого изобретателя, усложняет работу экспертов, да к тому же еще исключает возможность привлечь внимание спонсоров.

ПОЧЕТНЫЙ ДИПЛОМ

В ПОСЛЕДНЕЕ ВРЕМЯ…

…дирижабли перестают быть экзотикой. В России, например, построена серия дирижаблей. Один из них на сегодня является самым большим в мире. Десятки дирижаблей летают в небе Западной Европы с целью рекламы и перевозки туристов. В США объявлено о проекте создания дирижабля-ракетоносца.

Существует проект использования дирижаблей для транспортировки леса в Архангельской области. Быть может, потому Андрей Рыбкин из Архангельска заинтересовался управлением продольной устойчивостью дирижабля с помощью баллонета.

Баллонет – это мешок с воздухом, расположенный внутри оболочки дирижабля, наполненной водородом или гелием. Сам по себе он подъемной силы не создает. Даже напротив, в том месте, где он находится, дирижабль становится тяжелее. Но общее количество газа внутри оболочки остается прежним, а значит, общая подъемная сила аэростата в целом не меняется. В некоторых дирижаблях ставят по два баллонета и, перепуская воздух из одного в другой, изменяют положение центра тяжести и продольный наклон.

Андрей, чтобы изменять продольный наклон, предлагает передвигать баллонет при помощи троса внутри оболочки дирижабля. Тем самым процесс управления наклоном дирижабля относительно продольной оси облегчается. Такой способ нов, и потому предложение заслуживает Почетного диплома ПБ. Однако нельзя не отметить, что он, вероятно, найдет ограниченное применение. Современные дирижабли все чаще строят без баллонетов, а управление устойчивостью производят при помощи поворота винтов или двигателей. И лишь для дирижаблей, рассчитанных на длительный безмоторный полет, будет полезно вернуться к применению баллонетов и воспользоваться предложением Андрея.

Крупнейший в мире российский дирижабль « Аи-30».

Разберемся не торопясь

У ЭЛЕКТРОКИПЯТИЛЬНИКОВ…

…которыми так удобно кипятить воду в стакане, есть серьезный недостаток. Стоит немного зазеваться – вода выкипит, и кипятильник может перегореть и даже взорваться. А здесь уж и до пожара недалеко.

Широко распространенные электрические чайники и кофейники с автоматическим отключением очень удобны, но и их оставлять без присмотра не стоит. Хоть и очень редко, но даже приборы хорошо зарекомендовавших себя фирм выходят из строя.

А вот кипятильник Сергея Реутова из Вологды можно опустить в стакан с водой, включить и спокойно уйти из дома. Вернувшись, утверждает автор, вы увидите, что стакан пуст, хоть и кипятильник включен. В таком состоянии без вреда для окружающих он может пребывать хоть тысячу лет. В чем же причина столь высокой безопасности?

Обычный кипятильник состоит из металлической трубки, внутри которой проходит спираль из специального сплава с высоким удельным сопротивлением, например, нихрома. Она изолирована от стенок трубки «бусами» из фарфора. Кроме того, для передачи тепла в трубку насыпан тончайший порошок окиси магния. Как только по спирали начинает течь электрический ток, она нагревается. Если кипятильник опущен в воду, то все тепло пойдет на ее нагрев. Температура спирали при этом поднимется только до 200–300 °C.

При таком нагреве она покрывается тонким слоем окислов и может работать очень долго. Если же трубка кипятильника покроется снаружи слоем накипи, то температура спирали повысится до 500 °C и более. Начнется сильное окисление, и через месяц-другой она перегорит. Совсем плохо дело, если кипятильник окажется вообще без воды. Температура спирали мгновенно поднимется до тысяч градусов!

Кипятильник Сергея Реутова работает иначе. В нем электрический ток проходит по самой воде. Поэтому, как только вода выкипит, работа его сама по себе прекращается. Этот кипятильник состоит из опущенных в воду двух металлических пластин-электродов. Они заделаны в крышке сосуда, изготовленной из термостойкой пластмассы. К пластинам подводится сетевое напряжение 220 В переменного тока.

Кипятильник Сергея Реутова.

Задачу по созданию пожаробезопасного кипятильника Сергей Реутов решил прекрасно. Но кипятильники такого типа известны давным-давно. Применяют их очень редко из-за двух серьезных недостатков. Первый – при работе кипятильника идет электролиз и в воде появляются ионы металла. Заваривать чай или кофе в такой воде совсем ни к чему. А второй недостаток – вода при работе такого кипятильника находится под напряжением. Сами понимаете, это опасно.

КОЛЛЕКЦИЯ ЭРУДИТА
«Лучевая пушка» механика Гертнера

Любопытную находку сделали недавно немецкие эксперты по оружию во дворце, некогда принадлежавшем королю Августу Сильному. Оказывается, еще 300 лет тому назад этот монарх поощрял работы по созданию лучевого оружия.

Самый древний в мире «гиперболоид» представляет собой трубу диаметром около 70 и длиной 162 см. Внутри ее размещается 342 зеркала. Зеркальная система должна была улавливать солнечный свет, а затем концентрировать в определенной точке.

Говорят, что идею придворному механику Андреасу Гертнеру – изобретателю этой установки, названной «вундерваффе», навеяла древняя легенда об Архимеде.

Если помните, в истории упоминается, что знаменитый житель Сиракуз помог своим согражданам сжечь у стен города римский флот с помощью зеркала. Историки до сих пор спорят о том, были ли сожжены корабли солнечным светом. Во всяком случае, никому из последователей древнегреческого ученого не удалось соорудить систему зеркал, способную поджечь деревянный корабль на расстоянии в сотни метров.

Не принимала участия в боевых действиях и «лучевая пушка» механика Гертнера: изобретатель скончался, не успев завершить конструкцию, и хотя его ученики постарались довести замысел своего учителя до конца, испытания показали, что луч установки годится разве что для освещения, но никак не для поджога.

Зато другое изобретение Гертнера – первый в мире гранатомет – благополучно дожило до наших дней.

НАШ ДОМ
Стреляйте… клеем!

Приклеить каблук ботинка, аккуратно и быстро склеить модель, отремонтировать фарфоровую безделушку – все это и еще многое другое можно сделать с помощью оружия особого назначения – клеевого термопистолета.

Термоклеи – то есть такие клеящие составы, которые используются в горячем виде и при остывании образуют довольно прочное соединение – в промышленности применяют уже лет пятьдесят. А вот в дома подобная технология пришла сравнительно недавно.

В конце прошлого века в продаже появились сначала сами термоклеи, которые предлагалось разогревать с помощью электропаяльника, а вслед за тем был начат и массовый выпуск термопистолетов.

Устройство этого инструмента таково. После включения в электросеть нагревательный элемент начинает плавить кончик специального клеевого стержня. При нажатии на «гашетку» жидкая масса дозировано выводится из ствола. Форма клеевой полосы зависит от модели самого прибора и типа форсунки (сопла).

Действие прибора основано на способности плавкого пластика быстро застывать при охлаждении. Для фиксации клеевого соединения достаточно 1–3 минут, для окончательного застывания иной раз требуются и сутки. Оставаться в расплавленном состоянии и в то же время не перегреваться клею в пистолете позволяет нагревательный элемент с регулятором. После включения аппарата в розетку его тепловая мощность сначала растет, достигая в некоторых случаях даже 500 Вт, а затем он переходит в режим ожидания (14 Вт). Без такой регулировки инструмент исправно функционировал бы только минут двадцать.

Для удобства и безопасности пользователей все изделия снабжены откидной стойкой, позволяющей без опаски ставить пистолет на стол.

Выбор термопистолетов сегодня довольно велик. Самые простые стоят около 500 рублей, более сложные – 1700 рублей и выше. Наибольшей популярностью пользуются модели фирм Bosch, Steinel, Metabo, Arrow… Некоторые дорогие модели оснащены подпружиненным шариковым клапаном в сопле, который не дает клею свободно вытекать. Дешевые варианты подобного устройства не имеют.

Дорогие пистолеты также оснащены переключателями режимов, сменными соплами разной формы, подсветкой, сигнализатором готовности к работе. Некоторые изготовители в комплекте с инструментом поставляют еще и коврики, выдерживающие температуру 400 °C и предохраняющие поверхность рабочего стола от попадания клея.

Сами клеевые стержни приборов имеют цилиндрическую форму диаметром 7 и 11 мм, реже – 6 и 8 мм. Естественно, надо покупать к своему пистолету и соответствующие «боеприпасы». Причем некоторые фирмы производят стержни овального сечения; они предназначены только для инструментов с форсункой такой же формы.

Самые массивные, 11-миллиметровые термопистолеты предназначены для профессиональных работ. А вот более легкие 7-миллиметровые варианты обычно применяют для домашнего ремонта, оформления интерьера, склейки моделей и прочих тонких работ. Их длинное сопло небольшого диаметра оптимально подходит для нанесения аккуратных клеевых точек.

Клеевые стержни бывают также разных оттенков. Прозрачные считаются универсальными – их используют для фиксации практически любых сухих поверхностей. Тонированные подбирают под цвет скрепляемых деталей. Яркие стержни с блестками используют в дизайнерских разработках.

Очень важная характеристика стержня – рабочая температура. Обычно нагрев клея ведется до 180–210 °C, но есть термоклеи, которые рассчитаны на 110–140 °C; они предназначены для соединения тонких, термочувствительных материалов. Поэтому при покупке внимательно читайте инструкции.

Вот что, к примеру, написано в инструкции к высокотемпературному клеевому пистолету UHU Hot Melt НТ 210. Там указано, что с помощью термопистолета можно производить работы по ремонту, фиксации, уплотнению и изоляции различных объектов. Лучше всего для этих целей использовать круглые патроны НТ80, НТ81 и НТ82, которые имеют диаметр 11 мм. Ими можно склеивать практически все материалы, кроме тех, которые склеиванию вообще не поддаются (полипропилен, тефлон), и неустойчивых к высоким температурам (например, полиэтилен и другие мягкие пластики).

Для термочувствительных материалов надо использовать низкотемпературные клеевые пистолеты.

Перед работой необходимо очистить склеиваемые поверхности от жира и пыли; они должны быть совершенно сухими. Гладкие поверхности необходимо зашкурить либо сделать на них насечки, чтобы клей лучше держался. Холодные, быстро остывающие детали или поверхности, отличающиеся высокой теплопроводностью (металл, камень, стекло, плитка, керамика), необходимо сначала подогреть, чтобы клей не застыл раньше времени.

Старайтесь работать аккуратно, поскольку очистить капли застывшего клея, попавшего куда не надо, может оказаться сложно.

Не пытайтесь приклеить что-либо термоклеем к штукатурке или окрашенной поверхности – соединение, скорее всего, окажется непрочным. Не получите вы должного результата и при попытке склеить между собой куски ткани.

Поскольку вставленный в пистолет патрон нельзя вытаскивать, так как это может повредить устройство механической подачи клея, рекомендуем обрезать его острым ножом до длины примерно 5 см. Когда клей из обрезанного патрона больше не подается, просто вставьте другой патрон (целый или укороченный).

Клей наносите по возможности быстро и склеиваемые части сразу же прижмите друг к другу. Если склеиваются детали разной плотности, наносите клей на более плотный материал.

На гибких материалах клеевой след должен напоминать по форме синусоиду, на жестких допустимо и точечное нанесение. Клеем можно заполнять мелкие дырки и трещины. Остатки клея после склеивания удалите нагретым острым ножом.

Головку пистолета надо менять только в нагретом состоянии. При этом дотрагиваться можно только до ее теплоизолированной части – иначе вам обеспечен ожог. Такой же ожог можно получить, если капля расплавленного термоклея попадет на кожу. Так что будьте осторожны!

Пользоваться пистолетом можно не только в помещениях, но и на открытом воздухе. Ведь термоклеи, как правило, влагостойки.

Перед тем как убрать прибор на хранение, ему необходимо дать полностью остынуть.

Различные модели клеевых пистолетов:

1– Surebonder модель Pro 4000А;

2– Adhesive Technologies модель Two-Temp;

3 –  Metabo КЕ 3000.

А. ПЕТРОВ

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

В конце 1960-х годов итальянская фирма «Конструкционе Аэронаутиче Джиованни Агуста», производящая по лицензии американские вертолеты 47 и и S-61, начала разрабатывать свой собственный вертолет для гражданского и военного применения. Вертолет с одним летчиком должен был перевозить 7 пассажиров и багаж с крейсерской скоростью 265 км/ч на расстояние до 600 км.

Полет первого из четырех опытных вертолетов А 109А состоялся 4 августа 1971 года, однако вскоре машина получила повреждения, и испытания были продолжены в 1972 году со вторым опытным вертолетом; третий опытный вертолет предназначался для военного применения, а четвертый – для гражданского.

А 109А может быть переоборудован в грузовой, санитарный или поисково-спасательный варианты. В разведывательно-боевом варианте вертолета предусматривается установка пулеметов калибром 7,62 мм и 12,7 мм в кабине или контейнерах, двух пусковых установок НАР калибром 70 мм или 50 мм, 4 противотанковых радиоуправляемых ракет.

Технические характеристики:

Длина вертолета… 10,71 м

Высота… 3,30 м

Диаметр главного винта… 11,70 м

Диаметр хвостового винта… 2,03 м

Масса пустого… 1,415 т

Максимальная взлетная масса… 2,450 т

Максимальная скорость… 311 км/ч

Крейсерская скорость… 287 км/ч

Практическая дальность… 593 км

Скороподъемность… 640 м/мин

Практический потолок… 5485 м

Первый «Зубр» был построен в 1986 г. и вошел в боевой состав ВМФ в 1988 г. Корабль предназначен для перевозки морем, высадки, приема и огневой поддержки морского десанта и боевой техники. В отличие от других кораблей, «Зубр» способен выходить на берег, преодолевать рвы и траншеи, двигаться по болотам и высаживать десант в глубине обороны противника.

Для навигации «Зубр» оснащен двумя радиолокационными станциями, гироскопическим и магнитным компасами, дрейфолагом, спутниковой навигационной аппаратурой, приемо– и радиопеленгатором, центральной гироскопической системой, визирами дневного и ночного видения.

Корабль оснащен двумя 140-мм установками МС-227 «Огонь» для стрельбы неуправляемыми реактивными снарядами (боекомплект 66 снарядов), переносными зенитными ракетными комплексами «Игла» (8 ПЗРК) и двумя 30-мм автоматическими артиллерийскими установками АК-630 (боекомплект 3000 снарядов) с системой управления стрельбой.

Технические характеристики:

Длина… 57,3 м

Ширина… 25,6 м

Макс. высота на воздушной подушке… 21,9 м

Тоннаж… 555 тонн

Грузоподъемность… 150 тонн

Мощность силовой установки… 5x10 000 л.с.

Скорость… 60 узлов

Автономность плавания… 300 миль, 5 дней

Экипаж… 27 человек

ПОЛИГОН
Верить ли Мюнхаузену?

«…Но тут как раз под рукой оказался мой Ветродув.

– Пусть ваша светлость не беспокоится, – сказал он и с этими словами встал на корме нашего корабля, заняв такое положение, чтобы одна ноздря его была направлена на турецкий флот, а другая – на наши паруса. Затем он дунул так здорово, что турецкий флот с разбитыми мачтами и рваными парусами еле добрался до гавани, тогда как мы, подгоняемые попутным ветром, через несколько часов благополучно прибыли в Италию».

Это приключение барона Мюнхаузена довольно примечательно. То, что слуга барона, великан по имени Ветродув, сумел расправиться с турецким флотом, дунув на него из одной ноздри, – типичный элемент сказки. Но вот то, что корабль Мюнхаузена помчался, подхваченный попутным ветром из другой ноздри, с некоторых пор стало предметом обсуждения на страницах учебников и листках экзаменационных задач: «На парусной лодке сидит человек и дует на парус. Вопрос: поплывет лодка в ту сторону, куда дует человек, или назад? Или не поплывет вообще?»

Вот два типичных ответа.

1. Дующий человек отбрасывает некоторую массу воздуха вперед и, значит, получает реактивный импульс назад. Воздух, попавший в парус, создает точно такой импульс вперед. Они гасят друг друга, и лодка останется неподвижной.

2. Воздух отражается от паруса и идет назад. Тогда, по закону сохранения импульса, должна получиться тяга вперед.

Так поплывет ли корабль, если, сидя на корме, дуть в его парус? Вы можете проверить это сами, повторив эксперимент, поставленный лабораторией «МИРИТ» (Междисциплинарный центр по изучению электродинамики).

Корпус кораблика вырежьте из пенопласта. Воткните в него толстую вязальную спицу, это будет мачта. На нее наденьте парус – листок плотной бумаги. Закрепите его на «палубе» перпендикулярно оси кораблика полосками скотча. Вентилятор, батареи и выключатель удобнее всего закрепить при помощи двустороннего скотча. На корме кораблика опять же скотчем установите жестяной руль. При соответствующем отгибе он заставит кораблик описывать в воде круги.

Вентилятор можно сделать, насадив картонный пропеллер на вал электромотора от игрушки. Он делается из натуральной пробки с четырьмя прорезями, в которые вклеиваются лопасти из картона (применение металлических лопастей опасно!).

Еще лучше использовать старый вентилятор от компьютера. Питается он постоянным током, коллектора не имеет и вращается только при строго определенной полярности питания. Так что если источник тока подключить «наоборот», он вращаться не будет. Для эксперимента его следует питать напряжением 12 В от одной батареи «Крона». Пуск двигателя производится при помощи кнопочного выключателя от настольной лампы.

Когда ваш кораблик будет готов, включите вентилятор. Ваш корабль должен поплыть вперед, доказывая тем самым, что барон Мюнхаузен иногда был прав.

Так было и в эксперименте лаборатории «МИРИТ».

Модель шла вперед, выполняла развороты. При этом парус всегда был наполнен, а вентилятор ничем не выдавал своего присутствия, поскольку был скрыт специальным кожухом. На людей непосвященных это производило почти мистическое впечатление. Некоторые зрители полагали, что автор эксперимента – экстрасенс, передвигающий кораблик усилием воли! Все эти события были засняты телерепортером, и получился небольшой фильм «Кораблик инопланетян».

Наш кораблик служит исключительно для учебных целей. Но, быть может, когда-нибудь появятся и настоящие полноразмерные парусные лодки и яхты с дополнительным вентилятором на борту. Однако устройства, действующие на принципе парусной лодки с вентилятором, в «большой» технике имеются. Применяют их, правда, не на море, а в реактивной авиации. Это так называемый «реверс тяги». При посадке самолета, из корпуса реактивного двигателя выдвигаются две пластинки, встающие на пути струи газов, вытекающих из сопла. Они разворачивают (реверсируют) ее, заставляя течь вперед, а двигатель начинает тянуть назад, вдвое уменьшая длину пробега. Разве это не напоминает случай из приключений Мюнхаузена?

Различные по конструкции устройства для реверсирования тяги применяются на всех самолетах. Истребители с их помощью делают умопомрачительные противоракетные маневры, например, знаменитую «Кобру».

Реверс тяги двигателя самолета.

Ю. ИВАНОВ, профессор

От редакции.

Строго говоря, человек и вентилятор дуют на парус по-разному. Зависит ли от этого результат?

Сообщите вашу точку зрения и напишите нам о проделанных экспериментах.