Текст книги "Юный техник, 2004 № 10"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВЫПУСК «ПБ», посвященный работам участников НТТМ-2004

Экспертный совет ПБ отметил Почетными дипломами авторов всех работ, речь о которых пойдет ниже. Полагаем, вы с нами согласитесь: и сами работы, и их авторы того определенно заслуживают. Кроме того, специальных призов журнала – наручных часов – удостоены: Даниил ПЕВЗНЕР– самый юный участник НТТМ-2004 и Александр ЦЫГАНОВ– за самый фантастический проект.

ИЗОБРЕТАТЕЛИ ВЕЛОСИПЕДА

Говорят, что велосипед изобретать уже бесполезно. Владимир Баутин и его друзья из Новочеркасского центра детского технического творчества так не считают. А потому и создали новую конструкцию велосипеда «Крути-верти», основанную на самых последних достижениях науки и техники.

– Прежде всего, мы предлагаем велосипедную раму делать не металлической, как обычно, а металлопластиковой, – рассказывал Володя. – При этом велосипед получается не только прочнее обычного, но и красивей. Кроме того, он значительно меньше подвержен коррозии.

Далее, многим приходилось на своем собственном опыте испытать, что бывает, когда велосипедная цепь начинает наматывать на звездочку штанину брюк. Тут можно и кубарем полететь, и штаны испачкать, а то и порвать…

На новом велосипеде цепь проходит внутри рамы, она полностью закрыта.

Далее, скорость движения велосипеда, его способность взбираться на гору во многом зависят от того усилия, с которым велосипедист попеременно давит на правую и левую педали. Поэкспериментировав, Баутин и его друзья пришли к выводу, что усилие можно увеличить процентов на 15, если педаль сделать не плоской, как обычно, а треугольной. Тогда давление на нее можно начать прямо от верхней мертвой точки, и в итоге усилие получается несколько большим.

Еще одна находка – колеса разного диаметра; переднее – несколько меньше. Такая конструкция, как показывает опыт, получается более маневренной. И наконец, вместительная корзина-багажник расположена не позади велосипедиста, как обычно, а впереди. «Во-первых, тогда поклажа у вас постоянно перед глазами, – пояснил Владимир. – Меньше риска, что вы ее потеряете. Во-вторых, центр тяжести багажника проходит как раз над втулкой переднего колеса; так что на маневренности велосипеда такое расположение поклажи практически не сказывается.

Наконец, такое расположение багажника позволило более или менее уравновесить нагрузки на обе оси; в обычном велосипеде задняя ось, как правило, нагружена сильнее»…

Проработав как следует концепцию велосипеда, его дизайн-проект, ребята под руководством И.И.Шевченко не поленились и довели свою конструкцию до стадии рабочих чертежей. И сделали это настолько тщательно, что изделием уже заинтересовалось руководство одного из промышленных предприятий Новочеркасска. На нем хотят выпустить пробную партию новых велосипедов. А там, глядишь, дело дойдет и до массового производства.

Модель велосипеда «Крути-верти» и один из создателей дизайн-проекта – Владимир Баутин.

АВТОМАТ ДЛЯ «БЫСТРОНОГА»

– Все автомобили имеют коробки скоростей, причем у одних переключение производится вручную, у других – автоматически, – рассказывал мне о сути дела Даниил Певзнер из г. Ярославля. – Теперь переключатели скоростей есть и у многих велосипедов. Но здесь приходится переключать скорости исключительно вручную. Вот я и подумал: почему бы не автоматизировать эту операцию на велосипеде?..

В результате этих раздумий и появился бесступенчатый вариатор скоростей, которым в принципе можно оснастить любой велосипед.

Вся хитрость конструкции в том, что при увеличении нагрузки зубчатое колесо, на котором крепятся педали, немного проседает и за счет этого его диаметр как будто несколько уменьшается. При этом меняется передаточное число, и велосипедисту легче въехать на гору. Правда, пока удается менять передаточное число лишь в незначительных пределах. Обычные ручные переключатели скоростей с набором шестеренок на задней оси имеют куда больший диапазон. Однако лиха беда – начало.

Даниил обещал подумать над дальнейшим усовершенствованием своей конструкции. Время для этого у него есть. Ведь пока ему всего 12 лет.

Даниил Певзнердемонстрирует автоматическую передачу для велосипеда.

ПЛАВУЧИЙ РАКЕТОДРОМ

Как известно, многие боевые корабли нашего флота уже морально устарели, и их пускают на слом. Особенно много в затонах подводных лодок разного класса, которые ждут своей очереди на разделку.

Александр Цыганов, живущий вместе со своими друзьями в г. Луга Ленинградской области, решил дать этим кораблям вторую жизнь. В качестве примера он продемонстрировал модель плавучего ракетодрома, который может быть создан на базе двух дизельных подводных лодок, списанных Балтийским флотом. С лодок снимается вооружение, срезаются боевые рубки, а сверху делается общая палуба-настил. Получается своеобразный катамаран.

На палубе размещается подъемное оборудование и пусковые устройства для ракет легкого и среднего класса, способных выводить на орбиту легкие спутники и иную полезную нагрузку. Удобство же базирования стартового стола на воде, а не на суше доказано на примере комплекса «Плавучий старт», с которого уже произведено несколько успешных запусков.

– Во-первых, такому комплексу не составляет особого труда выйти в экваториальный район Мирового океана, откуда, как известно, запускать ракеты выгоднее всего – здесь само вращение Земли наилучшим образом помогает выведению полезной нагрузки в космос, – перечислял преимущества такого комплекса Александр. – Во-вторых, не нужно отводить специальные территории (их называют «полями отчуждения»), куда падают первые и вторые ступени ракет – они просто тонут в океане. В-третьих, мы не случайно предлагаем использовать в качестве базы именно подлодки. Ведь у них есть балластные цистерны, приняв в которые забортную воду можно заставить комплекс осесть глубже, компенсировать таким образом влияние морского волнения на запуск…

Кроме ракетодромов, подводные лодки можно, по мнению Александра, переоборудовать также под подводные танкеры для доставки нефти подо льдами Северного Ледовитого океана, использовать их в качестве научных баз для исследования морского дна и глубин океана, разведки полезных ископаемых. Наконец, подлодки можно использовать даже для пассажирских перевозок и туристских круизов – ведь в глубинах океанов не бывает штормов, и пассажирам не грозит морская болезнь.

Модель плавучего ракетодрома и ее создатель Александр Цыганов.

СПАСИТЕЛЬНЫЙ РАДИОМАЯК

Что ни день, приходится слышать по радио, видеть по ТВ, как то здесь, то там падают самолеты и вертолеты, гибнут корабли… И далеко не всегда спасатели обнаруживают место аварии сразу.

– Подобные поиски можно значительно ускорить, если воспользоваться нашей разработкой, – считает Роман Калиманов из г. Батайска Ростовской области.

В дополнение к обычным «черным ящикам» он предлагает ставить в хвостовой части самолета или иного летательного аппарата специальную капсулу с радиомаяком, небольшим ракетным двигателем и парашютом. При сильном сотрясении, неизбежном при аварийной посадке или падении самолета, срабатывает специальный датчик, и капсула отстреливается. Пороховой заряд относит ее на безопасное расстояние, а затем она опускается на парашюте, передавая в эфир сигнал бедствия. Спутники связи принимают его и ретранслируют в центр МЧС с указанием координат места, откуда был подан сигнал.

– Впрочем, иногда беда подстерегает людей не только в глухой тайге или в воздухе, но даже в подъезде, – считает Роман. – Помните, как из-за утечки газа взорвался целый подъезд жилого дома? Для таких случаев мы тоже разработали своего рода аварийную систему…

Система эта имеет датчик загазованности и блок управления, который по мере необходимости включает в подъезде вентилятор, а также выдает сообщение по сотовой связи в аварийную службу «06», опять-таки с указанием конкретного места аварии.

К сказанному остается добавить, что реальность своих разработок Роман доказал, создав действующие макеты, на которых наглядно проиллюстрированы основные принципы работы того или иного устройства.

Роман Калимановдемонстрирует макет радиомаяка для терпящих бедствие самолетов.

ПТИЧЬЕ КРЫЛО ДЛЯ ЯК-40

– Когда-то еще Леонардо да Винчи, размышляя над тем, как бы человеку научиться летать, обратил внимание на полет птиц и насекомых. У живых летунов многому научились Н.Е.Жуковский и профессор Ветчинкин, – рассказывал мне Никита Куприков, учащийся лицея № 1511 при МИФИ. – Но со временем все эти наглядные примеры стали забываться. Уже крылья самолетов Можайского и братьев Райт были мало похожи на крыло птицы.

Посмотрите на крыло современного самолета. Его аэродинамика имеет мало что общего с крыльями живых летунов. Но хорошо ли это?

Никита решил это проверить, взяв за основу всем хорошо известный самолет Як-40. Самолет неплохо себя зарекомендовал на авиалиниях средней протяженности, но значит ли это, что конструкция его оптимальна?

Куприков построил из пенопласта небольшую летающую модель Як-40. Однако наряду со стандартными крыльями он попеременно стал оснащать модель крыльями различных птиц, изображения которых взял из книг по биологии, отсканировал, а затем привел в масштабное соответствие со своей моделью. Причем, как сказал Никита, работу во многом облегчила компьютерная система геометрического моделирования Solid Works, которой он воспользовался.

В итоге Никита получил 11 вариантов сменных крыльев. Оснащая ими поочередно модель, он провел по 10 планирующих полетов, стараясь по возможности стандартизировать все условия запуска. Затем полученные экспериментальные данные опять-таки были обработаны на компьютере, и это позволило построить диаграммы дальностей планирования модели самолета и провести аппроксимацию полученных значений.

В итоге исследователю удалось сделать следующие выводы:

1. Дальность планирования, прежде всего, линейно зависит от размаха крыла – чем он больше, тем лучше планирует модель. Аналитическую зависимость дальности планирования от размаха крыла удалось выразить следующей формулой: L = 0,116∙l _кр+ 1,2.

2. Применение на модели крыльев аиста и цапли позволило увеличить дальность планирования в среднем на 10–15 %.

3. Крылья на базе геометрии семян клена и ясеня, обладая не самыми оптимальными летными качествами, тем не менее за счет простоты изготовления позволяют улучшить исходные характеристики базовой модели.

4. Использование крыльев колибри и альбатроса позволит увеличить экологичность полета по сравнению с исходным крылом самолета на 15–20 %.

Последнее, пожалуй, требует дополнительного разъяснения. Конечно, на модели Никиты не было двигателей и, стало быть, он не мог оценить их экологичность напрямую. Поэтому свой вывод он сделал на основании косвенных рассуждений. «Как известно, альбатрос способен находиться в воздухе чуть не сутками, практически не взмахивая крыльями, а используя ветровые потоки над океаном. Колибри же день-деньской вьется над цветками, действуя крыльями с такой частотой, что их даже не видно.

Ни то ни другое не возможно, если бы природа не позаботилась о максимальной эффективности процессов, их отточенности, – рассуждает Никита. – А стало быть, нам и здесь есть чему поучиться…»

К сказанному остается добавить следующее. Исследование Никиты попало в одну из самых болевых точек современной авиации. Автор самостоятельно нащупал концепцию гибких крыльев, над созданием которых бьются сейчас ведущие авиаконструкторы планеты. Подробнее мы постараемся рассказать об этих исследованиях в одном из будущих номеров журнала, а пока лишь похвалим Никиту за грамотность и своевременность его разработки.

Публикацию подготовил С. ЗИГУНЕНКО

ДОСЬЕ ЭРУДИТА
Жители Марса обнаружены на Земле?

Колонии микробов, которые вполне могли быть жителями Марса, обнаружены на Земле, пишет научный журнал Nature. В глубине гор Биверхед в штате Айдахо группа американских ученых под руководством микробиолога Дирка Лавли из Университета Массачусетса напала на след микроорганизмов, существующих в, казалось бы, самых неподходящих для жизни условиях. Колонии микробов содержались в пробах грунта, извлеченных из сверхглубоких скважин.

Анализ показал, что на поверхности Земли такие микробы не встречаются, поскольку принадлежат к экстремофилам. Они живут в таких условиях, в которых не способны существовать никакие другие формы жизни. Микробы, способные выживать в экстремальных условиях, по всей вероятности, и были первыми обитателями Земли.

«Кроме того, колонии микробов-экстремофилов вполне могут служить живой моделью первичных форм внеземной жизни, которая скрывается, например, под поверхностью Марса или внутри спутника Юпитера – Европы, – полагает Лавли. – Удивительные организмы, выявленные в пробах грунта по их ДНК, легко обходятся без солнечного света и без органического углерода. Вместо этого они используют в качестве источника энергии водород из камней, а в качестве побочного продукта выделяют метан».

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Первый эсминец класса « Arleigh Burke» (название дано в честь адмирала Арли Берка), к которому принадлежит корабль DDG-54, был принят на вооружение ВМФ США в 1991 году. Корабли этой серии предназначены были для обороны корабельных соединений и групп, оказания огневой поддержки сухопутным войскам, защиты морских коммуникаций, нанесения ударов по береговым целям и ведения разведки.

Приступая к созданию эсминцев, американцы ставили перед собой две задачи: корабль должен обладать высокой живучестью и быть хорошо вооружен. Алюминиевые сплавы использовали только в конструкции кожухов дымовых труб, а корпус и все надстройки изготовили исключительно из стали. Более того, для защиты особо важных постов и систем появилось бронирование – 25-мм плиты общей массой около 70 т. Срок службы корабля DDG-54 – до 2029 года.

Техническая характеристика:

Длина… 153,8 м

Ширина… 20,4 м

Водоизмещение… 9033 т

Запас хода… 4400 миль

Осадка… 6,3 м

Экипаж… 346 чел.

Скорость… 30 узлов

Вооружение:

орудие МЛ-45 1

торпедные аппараты МК32... 2

ракетные установки МК41 VLS... 2

противокорабельные комплексы Harpoon... 2

Корабль вооружен также крылатыми ракетами, зенитными установками и противолодочными комплексами.

Впервые Peugeot 607представили публике на Франкфуртском автосалоне в 1999 году. Автомобиль при внушительных габаритах выглядит динамичным. Салоном Peugeot 607 чем-то напоминает английские машины Roverи Jaguar, хотя в создании его принимали участие французы и итальянцы. Машина снабжена фирменной системой изменения жесткости подвески. Электроника сама решает, какой режим работы амортизаторов больше подходит под ваш стиль вождения, но у водителя есть возможность отключить автоматику. Несмотря на высокое качество автомобиля, спрос на него в России предсказать трудно, поскольку по цене он сопоставим с «Мерседесом», «БМВ» и «Ауди» (цена до $50 000), а эти машины пользуются заслуженным авторитетом.

Техническая характеристика:

Длина… 4871 мм

Ширина… 1826 мм

Высота… 1460 мм

Колесная база… 2800 мм

Количество дверей… 4

Снаряженная масса, кг… 1455 кг

Полная масса, кг… 2035 кг

Колея передняя/задняя… 1539/1537

Объем двигателя… 2231 см

Количество цилиндров… 4

Число клапанов на цилиндр 4

Мощность… 116 л.с.

Максимальная скорость… 220 км/ч

Время разгона с места до 100 км/ч… 9,6 с

Расход топлива:

в городе… 12,5 л

на трассе… 7,2 л

Емкость топливного бака… 80 л

ПОЛИГОН
Электростанция почти из ничего

Страна у нас большая, и в ней немало мест с малочисленным населением, расположенных далеко, за сотни километров от крупных ЛЭП и электростанций. Небольшой деревушке для освещения и работы машин достаточно несколько сотен киловатт. Однако для передачи даже столь малой мощности нужны подчас немалые затраты. В линии для снижения потерь нужно применять высокое напряжение до 10–20 тыс. вольт, а значит, нужно иметь повышающие и понижающие подстанции.

Для обслуживания всего этого хозяйства может потребоваться больше специалистов высокого класса, чем жителей деревни. Потому и остаются у нас пока места, лишенные электричества.

С подобными проблемами, кстати, столкнулись в США, Канаде и других странах с большими территориями. Стало ясно, что электрификация начинает как бы вступать в новую фазу, которую решать путем централизованного производства электроэнергии уже не выгодно.

На этом этапе, назовем его электрификацией медвежьих уголков, нужно строить небольшие электростанции: одну на целое село или лучше даже на отдельный дом. Электростанции на одно-два села, в просторечии называемые «движками», получили у нас широкое распространение. Но они требуют серьезного ухода, а главное – ответственного отношения, что далеко не всегда, в особенности сегодня, встречается на селе. («Тусклый свет сельского движка» многократно описан в художественной литературе.)

На Западе в последние двадцать лет развернулось массовое производство мини-электростанций мощностью 0,5 – 10 кВт. Они экономичны и надежны, запускаются простым нажатием кнопки, рассчитаны на отдельную ферму или отдельный дом.

По зарубежным меркам они стоят совсем недорого: примерно месячный заработок рабочего средней квалификации. В нашей стране соотношение цен совсем иное. Мини-электростанции сельскому жителю практически недоступны. Остается лишь делать их самостоятельно.

На рисунке 1 – мини-электростанция, разработанная в Московском государственном техническом университете (МАМИ).

Она работает от двигателя бензопилы и развивает мощность около одного кВт. Такой двигатель найдется в хозяйстве у многих, а вот генераторы мощностью 1–2 кВт дефицитны и дороги. И все же малая электростанция может оказаться дешевой, если использовать как генератор обычный асинхронный двигатель.

Поясним, что это такое.

Электродвигателей, разных по конструкции и принципам работы, известны сотни. Асинхронные двигатели отличаются исключительной простотой и надежностью. Однофазный двигатель чаще всего имеет на статоре две обмотки, трехфазный – три. Статор набран из отдельных пластин электротехнической стали. Эта сталь под действием внешнего магнитного поля, меняющего свое направление, быстро и легко перемагничивается. Из пластин такой же стали сделан ротор.

Он не имеет обмотки в обычном смысле этого слова. Роль ее выполняют запрессованные в него толстые медные стержни. Ток в них возникает под действием переменного магнитного поля обмоток, поэтому какие-либо контакты для подачи тока не требуются. Ротор получается очень дешевым и прочным, а двигатель в целом чрезвычайно надежным и долговечным.

Случалось, что такие электромоторы работали до 50 лет и более. Старые образцы отличаются солидными габаритами и весом, поэтому их считают устаревшими и заменяют новыми. Именно такого «старичка» вы легко можете найти на свалке или в пункте утильсырья. После замены шарикоподшипников «дедушка» проработает еще столько же.

Если начать вращать вал такого двигателя, то на его клеммах появится напряжение в десятые доли вольта, поскольку и статор и ротор размагничены не полностью. Толку от такого генератора мало. Но если параллельно каждой фазе двигателя включить конденсатор на 50 – 100 мКф (рис. 2), то через него пойдет ток, который усилит магнитное поле. Оно начнет создавать все более сильный ток, и в конце концов электродвигатель превратится в полноценный электрогенератор трехфазного тока. Напряжение на его выходе зависит от скорости вращения вала, а мощность – от мощности привода генератора.

Современные мини-электростанции производят по всем правилам инженерного искусства. Они выдают ток, стабильный по частоте и напряжению при любых нагрузках, отличаются низким расходом топлива. Ваша первая электростанция будет пригодна только для освещения дома. Для нее, повторим, следует подыскать небольшой бензиновый мотор с ручным стартером и вентилятором для охлаждения цилиндра. Например, двигатель от старой бензопилы. До установки на электростанцию его следует запустить. Во избежание отравления угарным газом все работы по отделке и запуску бензинового мотора следует вести только на открытом воздухе.

Поскольку для освещения дома вполне достаточно однофазного тока, то в любом асинхронном двигателе, предназначенном для переделки в генератор, вы можете использовать только одну фазу. Это означает, что обмотки других могут иметь обрыв или даже вообще отсутствовать. Таким образом, вам подойдет практически любой двигатель со свалки, лишь бы легко вращался его вал.

На этикетке асинхронного двигателя обычно указываются номинальная мощность и число оборотов. Поскольку если в режиме генератора мы будем получать от двигателя однофазный ток, используя лишь одну фазу из трех, то и максимальная мощность будет не более одной трети от номинальной.

Если номинальная скорость вращения вала двигателя составляет 3000 об/мин, то генератор можно соединить с двигателем бензопилы непосредственно, если меньше – потребуется понижающая передача.

Для непосредственного соединения валы бензомотора и генератора следует расположить на одной оси и соединить их муфтой с резиновыми прокладками (рис. 3). Такая муфта хорошо работает даже при недостаточно точном расположении валов.

Рис. 3

Собрав свою электростанцию, присоедините к клеммам выбранной катушки конденсаторную батарею емкостью 50 – 100 мкФ и рабочим напряжением не менее 400 В. При первом испытании следует нагрузить генератор несколькими включенными параллельно лампами накаливания на общую мощность 150–200 Вт. После этого запускайте бензиновый мотор и, регулируя число его оборотов при помощи дроссельной заслонки, добейтесь, чтобы на лампы устойчиво подавалось напряжение 220 В. После этого полезно измерить число оборотов вала. Если оно отличается от номинального, значит, частота переменного тока не равна 50 Гц.

Для работы ламп и электроинструмента это не имеет значения. Что касается телевизоров или компьютеров, то их подключать к генератору не следует. В простейшей электростанции всегда может произойти случайное изменение напряжения и частоты, которое выведет их из строя. Избежать этого можно лишь установкой на электростанции систем автоматической стабилизации частоты.

В.ХОРТОВ, кандидат технических наук