Текст книги "Юный техник, 2006 № 12"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

– Скорее! – прокричала Наталья снизу, из каюты. – Его показывают! Иди сюда, скорей!

Я спустился в ее каюту и увидел на экране телевизора нашего Дон Кихота. Его лицо ничего не отражало. Может, рано было запускать обратный процесс?

– Необычная находка сделана русскими мореплавателями, – говорила за кадром ведущая какого-то англоязычного канала. – Этот человек совсем не похож на человека. Ему не нужны вода и пища, он не говорит, неизвестно, сколько ему лет. Ученые начнут обследование в ближайшее время…

Дон Кихот на экране телевизора внезапно поморщился, сильно зажмурил глаза, а затем вдруг широко-широко улыбнулся.

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

В этом выпуске мы расскажем о ветродвигателе Аделя Азизоваиз г. Буйнинска Республики Татарстан, о летающем автомобиле и других проектах Александра Сидуковаиз Новосибирска.

ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ ГРОМОЗДОК…

Например, один лишь ротор ветряка на 1000 кВт весит около 50 т и имеет диаметр под 100 м. Вращается он только при скорости ветра более 5–6 м/с, а такую скорость имеет не более половины всех ветров, энергия остальных пропадает.

Еще недостаток: ветроколесо вращается так медленно, что ни один электрогенератор работать от него напрямую не может. Приходится ставить редуктор, в котором, в зависимости от скорости ветра, теряется от 20 до 50 % энергии. Одним словом, несовершенное это устройство – ветряк. Поэтому тысячи изобретателей настойчиво пытаются его улучшить.

В этом направлении работает и Адель Азизов из Татарстана. Он предлагает ветродвигатель, способный улавливать самые слабые ветерки, «сквозняки», как он их называет. Основа его – канал, состоящий из двух расширяющихся наружу конусов. В середине канала – электрогенератор, на концах вала которого установлены пропеллеры, или, как их называет автор, ветротурбины. Слабый ветерок, войдя в широкие раструбы канала, должен согласно закону Бернулли, значительно увеличить свою скорость в средней, заметно суженной его части.

Здесь ветротурбина будет вращаться даже от самого слабого ветерка, вошедшего в один из раструбов. Вращаться она будет значительно быстрее, чем колесо обычного ветродвигателя, и потому электрогенератор можно соединить с валом ветротурбины напрямую. Отпадают потери, вызванные редуктором. Таким образом, мы получаем устройство, способное использовать энергию ветра в несколько раз эффективнее, чем обычный ветряк.

Что ж, Адель на правильном пути. Однако с подобными предложениями изобретатели выступают очень давно. На рисунке 1 вы видите ветротурбинную установку с раструбами-диффузорами по проекту 1931 года. Тем не менее, подобных установок до сих пор нет. Почему?

Рис. 1

Дело в том, что движение потока воздуха через сужающийся канал подчиняется не только закону Бернулли. Сильно и весьма своеобразно сказывается трение, вызванное образованием пристеночного пограничного слоя – частичным «прилипанием» воздуха к стенкам канала. В результате этого в средней, самой узкой его, части возникают устойчивые вихри, которые закупоривают ее словно пробка, и ожидаемого ускорения потока не происходит. Для устранения этого явления пришлось существенно изменить форму канала – устроить в его стенке щели и продувать через них воздух. Это позволило оторвать пограничный слой от стенки и тем устранить закупоривание канала.

На рисунке 2 вы видите современные экспериментальные ветродвигатели с устройствами для концентрации энергии ветра. Они полностью оправдывают возлагавшиеся на них надежды. На их разработку ушли десятилетия.

Хотя формально Адель Азизов не предложил ничего нового, его мысль шла в том же русле, что и у маститых изобретателей прошлого, и Патентное бюро «ЮТ» присуждает ему Почетный диплом.

Авторское свидетельство № 1089

«ЛЕТАЮЩИЙ АВТОМОБИЛЬ»…

…предложенный Александром Седуковым из Новосибирска, представляет собою треугольную платформу. На корме ее установлен компрессор или вентилятор, работающий от солнечных батарей. Создаваемый им поток воздуха подается в три сопла, расположенных в нижней части платформы. Одно из них, неподвижное, – на носу платформы. Два других – на корме. Их можно перемещать при помощи тросов, соединенных с рукояткой управления.

Подача воздуха поднимает платформу и заставляет лететь на небольшой высоте. Направление и скорость полета задаются рукояткой управления. Она перемещает задние сопла, в результате чего, по мысли автора, должна образоваться вытекающая из-под платформы струя воздуха, создающая тягу в заданном направлении. Для снижения расхода воздуха Александр предлагает закрепить по периметру «летающего автомобиля» брезентовую «юбку».

Рассмотрим предложение Александра по существу.

Вытекающий из сопел аппарата воздух, встретив сопротивление поверхности дороги, значительно уменьшит свою скорость, а значит, и реактивную подъемную силу. Это же сопротивление плюс сопротивление, вызванное «юбкой», не дадут воздуху быстро покинуть промежуток между дорогой и платформой. Здесь возникнет зона повышенного давления, «воздушная подушка», которая и будет весьма эффективно удерживать аппарат над любой поверхностью – дорогой, заснеженной степью или водной гладью.

Вызывает сомнение способ создания горизонтальной реактивной тяги изменением наклона сопел. Для того чтобы эта тяга была достаточно велика, необходимо, чтобы из аппарата с большой скоростью вытекала узкая, строго направленная струя. Ее можно получить только при помощи специального профилированного канала сопла. Здесь же близость к земле как бы размажет струю и резко уменьшит ее скорость. Тяга получится незначительной, а расход воздуха и затраты мощности на его создание окажутся велики.

К слову сказать, Александр по существу предложил давно известный аппарат на воздушной подушке (АВП). Он обладает способностью с равным успехом двигаться как над поверхностью земли, так и над водой. Горизонтальная тяга в таких аппаратах на маршевом режиме создается при помощи воздушных винтов, а для точного маневрирования в «юбке» аппарата устраиваются сопла.

Однако есть в предложении А.Седукова и нечто оригинальное – использование в качестве источника энергии солнечных батарей. Это достаточно легкий источник энергии. Экспериментальные самолеты на солнечных батареях летают на сотни километров. Один из них, на котором летчик Ж.Пикар готовится облететь земной шар, вы видите на рисунке. Особую проблему представляет ночной полет, для которого необходимо накопить энергию в тяжелых аккумуляторах.

Подъемная сила самолета не превышает 20 кг на 1 киловатт мощности двигателя, и потому разместить их на самолете очень трудно. Если это и удастся, то их емкости будет хватать лишь в обрез.

У аппаратов же на воздушной подушке подъемная сила достигает 50–80 кг/кВт. Тут уж разместить аккумуляторы значительно легче. Нетрудно представить себе, как солнечные АВП пересекают жаркие пустыни или со скоростью торпедного катера мчатся над океанами! Возможно, один из таких аппаратов конструкции Александра Седукова облетит земной шар! Но дело это не простое, и для его осуществления Александру стоит поступить в институт. Возможно, авторское свидетельство Патентного бюро «ЮТ» окажется в этом подспорьем. В одном из ближайших номеров нашего журнала мы рассмотрим возможность изготовления небольшой модели такого аппарата.

НАШ ДОМ
Бытовые обогреватели

За окном зима, в квартире холодно, делать? Старых русских печек, топившихся дровами и углем, ныне нет даже во многих деревенских домах, не говоря уж о городских квартирах. Выручить нас в таком случае могут разве что обогреватели.

Скажем сразу: в Армении, Грузии и других республиках бывшего СССР, где часто бывают перебои с электричеством, ныне преимущественно используют газовые обогреватели или автономные дизель-электрические установки.

У нас, к счастью, особой нужды в них пока нет. А потому, отметив, что эти установки ухудшают экологию жилища, очень пожароопасны, перейдем к рассмотрению электрических обогревателей.

Они бывают двух видов – открытого и закрытого типа. Первые дешевле, однако открытая электроспираль тоже источник повышенной пожарной опасности. Поэтому последнее время все большее распространение получают закрытые масляные обогреватели.

Благодаря тому что их корпус нагревается не слишком сильно – порядка 80 – 100 °C, масляные радиаторы относят к самым безопасным отопительным аппаратам. К тому же масляный радиатор не пересушивает воздух, не дает запаха сгоревшей пыли. Правда, иногда, особенно при эксплуатации нового радиатора, он может пахнуть разогревающимся маслом.

Обогревательная способность прибора зависит от мощности теплонагревательных элементов (ТЭНов) и количества секций самого радиатора. Обычно количество секций в масляных радиаторах колеблется от 6 до 14 (оптимальное число – 7–9), а мощность ТЭНов – от 1 до 4–6 кВт. Это обеспечивает хорошую отдачу тепла в помещение, но, имейте в виду, масляные радиаторы довольно долго разогреваются – 20–30 минут. Кроме того, замедленная конвекция воздушных потоков в комнате приводит к тому, что эффект от нагрева начинает ощущаться не ранее чем через час.

Ускорить процесс можно, если поставить рядом с радиатором обычный вентилятор. Летом он обеспечивал вам прохладу, а зимой будет гнать по комнате теплый воздух. Кстати, некоторые модели обогревателей имеют встроенный вентилятор.

Еще один минус – масляный радиатор потребляет довольно много электроэнергии. Однако многие модели обогревателей, как правило, снабжаются термостатом, который поддерживает постоянную температуру в жилище и имеет одну-две, а то и три ступени переключения мощности, каждой из которых соответствует свой ТЭН. Благодаря этому можно прогревать помещения разной площади, экономить электроэнергию и использовать прибор даже при ненадежной проводке.

Кстати, перед тем как покупать масляный радиатор, посоветуйтесь с электриком, узнайте, выдержит ли проводка вашей квартиры повышенную нагрузку. В противном случае придется делать для обогревателя особую проводку, как для автоматической стиральной машины.

Сам радиатор – устройство достаточно массивное. Однако колесики, предусмотренные в большинстве моделей, позволяют без проблем передвигать его из одной комнаты в другую.

Единственное, за чем надо строго следить, – чтобы радиатор всегда оставался в вертикальном положении. В противном случае он сгорит сам и может вызвать пожар в квартире! Правда, в новейших моделях стоит датчик положения, который автоматически выключает прибор, если он перевернулся, но как говорится – береженого бог бережет…

Выбрать подходящий для вашего дома масляный обогреватель не так уж и сложно. Принято считать, что на каждые 10 кв. м площади помещения (при высоте потолков до 3 м) требуется 1 кВт мощности. Правда, если в комнате два окна или одна из стен – наружная, то расход тепла увеличивается еще на 0,2 кВт. Таким образом, для поддержания комфортной температуры 18–20 °C в помещении площадью 20–25 кв. м вам понадобится 2–2,5 кВт… На самом деле, даже меньше: ведь вы собираетесь использовать прибор не в качестве основного, а в роли вспомогательного отопления.

Еще одно соображение: чем знаменитее фирма производителя, тем дороже прибор. Например, масляный радиатор с термостатом израильской фирмы Atmorобойдется вам в 1400–1600 рублей. Аналогичное устройство английской фирмы Polarisстоит уже 1700–1900 рублей. Модели же итальянской компании DeLonghiпродают по 2500–3500 рублей. Правда, говорят, и работают они без отказов дольше других. Однако опыт показывает, что и наши производители научились выпускать достаточно дешевые и надежные обогреватели.

И в заключение несколько полезных советов. Не пугайтесь, если при включении ваша обновка первое время будет издавать бульканье и периодическое потрескивание. Так и должно быть – из масла при нагревании выделяются воздушные пузырьки.

Не сушите на радиаторе мокрое белье и сырую одежду, если только обогреватель не снабжен для этого специальным приспособлением.

Если радиатор везли из магазина в горизонтальном положении, поставьте его вертикально и выждите перед включением не менее получаса, чтобы масло внутри полностью закрыло ТЭНы.

Лучше включать радиатор в отдельную розетку, минуя тройники и удлинители – это достаточно мощный прибор, и он может вызвать перегрев тонких проводов.

Виктор ЧЕТВЕРГОВ

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Этот самолет, признанный лучшим на конкурсе, проводившемся ВВС России на создание нового учебно-тренировочного самолета, представляет собой двухместный двухдвигательный среднеплан с трехстоечным шасси. Его аэродинамическая компоновка, высокомеханизированное крыло, цельноповоротный стабилизатор и расположение воздухозаборников позволяют выполнять маневры на больших углах атаки и эксплуатировать самолет как на грунтовых, так и на бетонных взлетно-посадочных полосах длиной не более 1000 м.

Система отображения информации в кабине построена на электронных индикаторах с жидкокристаллическими матрицами. Компоновка приборных досок и пультов близка к истребителям 4-го и 5-го поколений. Для вооружения на самолете предусмотрены 6 внешних узлов подвески – по 3 под каждой консолью крыла.

Техническая характеристика:

Размах крыла… 9,72 м

Длина самолета… 11,49 м

Высота самолета… 4,76 м

Площадь крыла 23,52… м ²

Масса пустого самолета… 4500 кг

Нормальная взлетная масса… 6350 кг

Максимальная взлетная масса… 9000 кг

Тяга двигателей… 2 х 2200 кгс

Максимальная скорость… 1000 км/ч

Практическая дальность… 1850 км

Боевой радиус действия… 1315 км

Практический потолок… 12 500 м

Длина разбега… 330 м

Длина пробега… 530 м

Экипаж… 2 чел.

История компании Holdenначалась в 1856 году с открытия Джеймсом Александром Холденом завода по производству экипажей в Аделаиде « J.A Holden & Со». В 1918 году компания была преобразована в кузовное предприятие « Holden & Frost» (НМВВ). Выпуск автомобилей под маркой Holdenначался в 1931 году. Сейчас австралийская автостроительная фирма Holdenявляется дочерним предприятием General Motors Corporation. Внедорожник Adventra, разработанный специально для Австралии и Новой Зеландии, был впервые представлен в 2003 г. с двигателем объемом 5,7 л.

Техническая характеристика:

Длина… 5,047 м

Ширина… 1,934 м

Высота… 1,654 м

База… 2,947 м

Объем двигателя… 5700 см ³

Количество цилиндров… 6

Мощность… 250 л.с.

Снаряженная масса… 1965 кг

Вместимость топливного бака… 75 л

Разгон до 100 км/ч… 8,8 с

Расход топлива в смешанном режиме… 13,2 л/100 км

ПОЛИГОН
Линзы против батарей

В последние годы американские школьники полюбили соревнования моделей автомобилей и лодок на солнечной энергии. Правда, хотя скорость спортивных автомобилей с солнечными батареями превысила 100 км/ч, моделям до них далеко. Объясняется это тем, что их миниатюрные электродвигатели имеют КПД около 10 %. А после потерь в зубчатых передачах к колесу модели подходит менее 1 % энергии Солнца.

Как ни странно, повысить КПД модели можно почти в 10 раз, если установить на ней не электрический, а паровой двигатель (рис. 1).

Эта идея осталась бы неразрешимой, если использовать в модели традиционное вогнутое зеркало – элемент громоздкий и дорогой. Но его можно заменить легкими и дешевыми линзами Френеля, и это, пожалуй, единственный способ, позволяющий построить данную модель.

Линза Френеля, напомним, это тонкая, как бумага, пластина прозрачной пластмассы, на поверхности которой проштампованы канавки специальной формы. Они преломляют свет таким образом, что пластина превращается в собирающую линзу. На этой основе делают, например, очень легкие компактные лупы для просмотра журналов. В модели применены линзы Френеля размером 9x12 см. Такие можно купить в фотомагазинах примерно за сто рублей.

Работает модель так. Свет солнца концентрируется двумя линзами Френеля, направляется на плоские зеркала, а с них – на паровой котел, расположенный на раме модели. (На фотографии он прикрыт слоем алюминиевой фольги.) Вода в котле закипает, и пар по трубопроводу направляется к паровой машине. С ее вала мощность через замедляющую передачу подается на задние колеса (рис. 2).

Все агрегаты модели смонтированы на раме из уголков. Можно сделать их самому из жести толщиной 0,5–0,8 мм.

Технология здесь такова. Отрезаете полоску луженой жести 30x300 мм и посередине прочерчиваете резаком по стальной линейке канавку глубиною примерно 0,2 мм. По ней полоску сгибаете, линию сгиба пропаиваете и получаете аккуратный прямолинейный уголок с полками по 15 мм. Таких уголков для рамы сделайте не меньше трех. Она должна быть достаточно прочной, иметь точные прямые углы и целиком лежать в одной плоскости.

Если хоть одно из этих условий выполнено не будет, у вас появятся хлопоты при дальнейшей сборке и регулировке модели.

Сделать хорошую раму «на глаз» вам скорее всего не удастся. Лучше сделать простейшее приспособление под названием сборочный стапель.

Возьмите хорошо отструганную доску или ровный кусок фанеры, точно начертите на ней контур будущей рамы и забейте в него через каждые 50 мм гвозди диаметром примерно 1 мм. Вот вам и стапель.

Расположите по его периметру отрезки уголков и закрепите каждый из них с внутренней стороны 2–3 гвоздиками, после чего можете спокойно паять раму. (Напоминаем, что место пайки следует предварительно смазать раствором канифоли в спирту.) Работа пройдет легко и быстро, а рама получится точной и прочной. Чтобы снять готовую раму со стапеля, достаточно выдернуть несколько гвоздей.

Но не торопите. Ведь вам нужно еще напаять на нее проволочный каркас крепления линз Френеля, поперечные вставки – крепления плоских зеркал, станину паровой машины и замедляющую передачу. Сложнейшей частью модели является ее силовая установка, в особенности паровая машина. В продаже есть небольшие паровые машины для моделей судов. Но они дороговаты, поэтому можно изготовить ее самим (см. рис. 3).

Вот как эта машина работает. В верхней части цилиндра находится клапанная коробка, постоянно соединенная с паропроводом. В дне ее расточено на конус отверстие, в котором расположен точно притертый к нему клапан, напоминающий по форме гриб с ножкой. Давление пара плотно вдавливает его в отверствие, благодаря чему пар попасть в цилиндр поначалу не может. Поршень, двигаясь вверх, толкает эту «ножку»-хвостовик, и клапан приподнимается; пар начинает поступать в цилиндр.

Диаметр отверстия в клапанной коробке и длина хвостовика подобраны таким образом, чтобы давление в цилиндре нарастало медленно и поршень мог бы дойти до своей верхней мертвой точки. Затем он начнет двигаться вниз и в какой-то момент перестанет давить на хвостовик клапана. Подача пара прервется, а остаток его в цилиндре начнет расширяться, совершая полезную работу и при этом охлаждаясь.

В нижней части цилиндра просверлены отверстия, которые обычно бывают поршнем перекрыты. Но по мере его дальнейшего продвижения кромка поршня окажется ниже отверстий и отработавший, уже холодный, пар через них устремится наружу. Давление в цилиндре упадет до атмосферного, а поршень начнет двигаться вверх.

Цилиндр машины можно сделать из латунной трубки или гильзы охотничьего патрона. Поскольку стенки у гильзы очень тонкие, чтобы отрезать от нее кусок нужной длины и просверлить отверстия для выхода пара, при этом ее не смяв, вставьте в гильзу плотно подогнанный деревянный стержень.

Поршень для паровой машины можно отлить из свинца, залив его непосредственно в заготовку цилиндра, а можно использовать и эпоксидную смолу. При этом чтобы отливка не приклеилась, сверните из целлофана в 2–3 слоя трубочку и вставьте ее в цилиндр, так чтобы она там развернулась и плотно прижалась к стенкам.

Когда залитая в эту трубочку смола застынет, вы сможете вынуть заготовку будущего поршня. Обрежьте ее до нужной длины и приклейте к ней скобочку для крепления шатуна.

Теперь о клапанной коробке. Возьмите стальную или лучше латунную пластину толщиной 3 мм и сделайте из нее крышку цилиндра. Клапаном вам послужит винт диаметром 3–4 мм с потайной головкой. Винт подберите такой, чтобы у его головки был участок без резьбы. Просверлите в заготовке отверстие для клапана и раззенкуйте его. После этого вложите в отверстие будущий клапан и притрите к нему при помощи масла с добавлением наждака или толченого стекла. Работу удобно производить при помощи отвертки, вставленной в дрель. После этого крышку можно припаять к цилиндру и далее, опять же с помощью пайки, собрать всю коробку.

Цилиндр крепится к деревянной станине. Ее размеры зависят от размеров имеющегося у вас маховика, а также шкива, стоящего на оси задних колес автомобиля. Для крепления станины следует припаять к раме модели пластину соответствующих размеров.

Паровой котел модели можно сделать из крохотной баночки от сока для детского питания. Сок вы можете выпустить из нее через два небольших отверстия на противоположных донышках и через них же ее промыть. К одному из отверстий припаяйте гайку с резьбой диаметром 3 мм. Оно необходимо для заливки котла водой. В гайку заверните винт. В другое отверстие впаяйте трубочку длиной 50 мм и наружным диаметром 3–4 мм. На нее наденьте шланг, применяемый в автомобилях для подачи бензина. По нему пар пойдет к машине.

Котел прикрепите к раме при помощи проволоки. Линзы Френеля и плоские зеркала прикрепите скотчем.

Запускать вам автомобиль лучше в солнечный день, отрегулировав его оптическую систему так, чтобы свет солнца фокусировался на котле. (Его, кстати, полезно закоптить и затем накрыть, как на рисунке, несколькими слоями блестящей алюминиевой фольги.)

Модель на солнечных батареях.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора