Текст книги "Юный техник, 2009 № 10"

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 компактной медицинской капельнице Владимира Клюева, оригинальной сушилке для белья его брата Ивана Клюева(оба из города Сосновый Бор), а также о компактном вертолете Александра Смирноваиз Москвы.

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО № 1117

ЗАМЕНИТЬ МЕДИЦИНСКУЮ КАПЕЛЬНИЦУ…

…электрическим насосом предлагает Владимир Клюев. Насос состоит из камеры с резьбой на внутренней стенке и поршне. Поршень соединен с валом электродвигателя, закрепленного на стойке, которая ходит по пазам.

При включении двигателя поршень начинает вращаться и ввинчиваться в резьбу на стенках камеры. За собою он тянет электродвигатель вместе со стойкой, к которой прикреплен. При этом поршень сжимает находящийся в камере эластичный контейнер с лекарством, и оно через шланг и иглу поступает в кровь больного.

Предложение Владимира можно разделить на две части. Первая – это принципиально новый механизм перемещения поршня внутри камеры. Его следует отнести к классу простейших, а изобретение новых простейших механизмов – событие крайне редкое. А потому Экспертный совет ПБ считает работу Владимира достойной авторского свидетельства.

Достоинства второй части предложения юного изобретателя не так очевидны. Дело в том, что устройство вряд ли позволит полностью, до капли использовать лекарство.

ПОЧЕТНЫЙ ДИПЛОМ

СУШИЛКУ ДЛЯ БЕЛЬЯ…

…превращающую испарившуюся с него влагу в снег, предлагает Иван Клюев. Сушилка представляет собой ящик с приспособлениями для развески белья. К нему подходят две трубы. По одной подается горячий воздух.

Он высушивает белье, при этом забирая у него всю влагу. Выпускать в квартиру воздух, полный запахов и влаги, нежелательно. Поэтому воздух пропускают через выпускную трубу, в которую подается очень холодный воздух. Он не только конденсирует влагу, но и превращает ее в снег. Этот снег остается в специальной емкости, а чистый воздух поступает в квартиру.

В качестве источника холодного и горячего воздуха Иван Клюев предлагает вихревую трубу. Напомним вкратце принцип ее работы. Вихревая труба – это устройство, в которое подается сжатый воздух. Там он приобретает вихревое движение, и в результате образуются два потока – холодного и горячего воздуха. Их Иван и предлагает применить в своей сушилке. Реально ли это? Рассмотрим физическую сторону происходящих в сушилке процессов.

Прежде всего, нужно воду, содержащуюся в белье, превратить в пар, а для этого придется затратить не менее 2260 кДж на каждый ее килограмм. Для обычной сушки одних этих затрат энергии было бы вполне достаточно, но Иван намерен этот пар превратить в воду и лед. Для этого у него придется сначала отнять теплоту парообразования (2260 кДж), а затем отнять еще 336 кДж на каждый килограмм пара. Из этих расчетов прежде всего видно, что сушилка расходует очень много энергии.

Есть у идеи и другие недостатки, но, наверное, достаточно того, что уже сказано. И все же предложение Ивана может быть полезно. В некоторых случаях, например в производстве полимеров, приходится выпаривать твердые вещества из ядовитых органических растворителей. В таких случаях пары растворителя выпускать в воздух нельзя. Вполне разумно охладить их и кристаллизовать, как это предлагает Иван. Соотношение энергий здесь может быть иным, вихревая труба вполне может пойти в дело. Экспертный совет принял решение удостоить работу Ивана Клюева Почетным диплом.

Разберемся не торопясь

КОМПАКТНЫЙ ВЕРТОЛЕТ…

…со множеством винтов на одной оси предлагает Александр Смирнов из Москвы. «Ротор обычного вертолета имеет большой диаметр. При взлете и посадке его лопасти могут задевать окружающие предметы, дома, деревья, – пишет Александр и предлагает вместо одного винта применить множество маленьких, насаженных на общую ось. – Такой вертолет будет занимать совсем немного места и сможет садиться даже в городе».

К сожалению, предложение Александра не даст ожидаемого эффекта. Дело в том, что только верхний винт будет работать в нормальных условиях, а все остальные мало что добавят к его действию. Как показала практика, подъемная сила гирлянды из десятка винтов равна подъемной силе всего лишь одного-двух винтов.

Правда, есть возможность положение изменить к лучшему. Но для этого расстояние между винтами следует резко увеличить, сделав его равным 5 – 10 их диаметрам. Тогда, правда, вертолет Александра должен иметь целую мачту с вращающимися винтами высотой 30–50 м, а компактным такой вертолет назвать трудно.

* * *

НАШ ДОМ
Премудрости стирки

«Казалось бы, стирка – нехитрое дело. Побросал грязные вещи в стиральную машину-автомат, насыпал порошка, включил ее – и все. Не спешите. Физика процесса стирки до сих пор не ясна полностью. Так что дело не так просто…

В 1987 году голландский физик Лукас Ван ден Брокол готовил в Делфтском техническом университете диссертацию, посвященную тонкостям стирки в домашних стиральных машинах барабанного типа. Но когда он смоделировал процесс стирки на компьютере, получилось, что стирка рубашки должна занимать не менее 20 часов!..

При разбирательстве выяснилось, что диссертант допустил неточность. Он предположил, что вода при стирке не проникает через поры текстиля. Действительно, самые узкие зазоры в ткани после загрязнения могут иметь в поперечнике всего около 0,1 мкм. Чтобы продавить воду через такой фильтр, нужно гигантское давление, которое не создает барабан стиральной машины.

Расчеты Лукаса уточнила Линемун Тиммерман из того же университета. Бурные перетряски белья при стирке то растягивают, то сжимают ткань, при этом ее поры тоже меняют свои размеры, так что вода через них все же циркулирует, установила она. Кроме того, стиральный порошок делает воду более текучей. До недавнего времени основными моющими средствами служили мыло и сода, которая делала раствор более щелочным, а также смягчала воду. Для смягчения воды применяли также тринатрийфосфат, а при стирке шерстяных тканей – нашатырный спирт.

Сейчас же широко применяют синтетические моющие средства (СМС), а также различные отбеливатели, синьку, антистатики, парфюмерные отдушки…

В состав современных СМС входят различные синтетические поверхностно-активные вещества – сульфанол, алкилсульфонаты и другие моющие вещества в различных вариантах. К важнейшим добавкам относятся полифосфаты – триполифосфат натрия (его вводят в порошкообразные и пастообразные СМС), триполифосфат калия или двойная соль триполифосфата (для жидких СМС). Именно благодаря им современными СМС можно стирать в жесткой и даже в морской воде.

В некоторые средства для стирки хлопчатобумажных и льняных тканей вводят химические отбеливатели. Это всегда написано на этикетке. Таким отбеливателем в большинстве случаев служит перборат натрия. При достаточно высокой температуре эта соль выделяет кислород, который окисляет й обесцвечивает органические соединения. Отсюда следует, что обработка этими средствами цветного белья допустима лишь при пониженной температуре, иначе оно может полинять.

Загрязнения белкового происхождения (кровь, яичный белок, некоторые соусы и др.) отстирывать особенно трудно. Для их удаления существуют особые стиральные средства, содержащие энзимы – ферменты биологического происхождения. За определенное время и при условии, что температура раствора не превышает 40 °C, эти ферменты разрушают белки. О наличии в моющих средствах ферментов также сообщается на этикетке, часто к названию средства прибавляется приставка «био». Стирать белье с такими СМС надо обязательно при температуре не выше 40 °C.

Некоторые вещества способствуют образованию в моющем растворе обильной пены; их вводят в моющие средства, предназначенные главным образом для ручной стирки. Стабилизаторами пены служат обычно алкилоламиды. Введение в состав СМС таких веществ – дань некоторым хозяйкам, которые считают, что при стирке обязательно должно быть много пены.

Однако моющая способность современных синтетических моющих средств не определяется обилием пены.

Более того, обильная пена недопустима в машинах-автоматах.

Теперь о практике

Постельное белье, спецодежду надо стирать средствами для льняных и хлопчатобумажных тканей; изделия из шерсти, натурального шелка и синтетики надо стирать при температуре 30–50 °C (шерсть и шелк – максимум при 35 °C); ни в коем случае нельзя стирать их моющими средствами для стирки хлопчатобумажных и льняных тканей. Особо тонкие ткани рекомендуется стирать жидкими моющими средствами, используя при этом специальные чехлы-футляры для деликатной стирки.

Полоскание полезно начинать в теплой воде, а заканчивать обязательно в холодной для восстановления текстуры ткани.

Что чем лучше стирать?

В каталоге «Pragmatic express» представлены популярные марки универсальных стиральных порошков, как российских, так и зарубежных производителей. Универсальными порошками «Ariel», «Persil», «Миф», «Пемос» можно не только стирать, но и производить влажную уборку. «Лотос-М» в упаковке весом 20 кг (код 700–322) предназначен для профессиональной ручной стирки.

Порошки с указанием «автомат» подходят для стиральных машин любого типа. Расход такого порошка несколько больше, чем при стирке «универсалом».

«Пемос» для ручной стирки (код 701–131) и для стиральных машин-автоматов (код 701–133) обеспечит отличное качество стирки даже в прохладной воде.

Порошки с отбеливателем типа «Ariel»-автомат – «Белая роза» (код 702–683) используют при стирке изделий из любых тканей, нуждающихся в отбеливании. Яркой одежде из крепдешина или хлопка такое испытание противопоказано.

Биопорошками можно стирать любые ткани, кроме натуральных шелка и шерсти, а также других деликатных тканей из натурального волокна, так как входящие в них энзимы расщепляют пятна грязи белкового происхождения и постепенно разрушают волокна любой натуральной ткани. Некоторым людям с особо чувствительной кожей пользоваться такими порошками следует в резиновых перчатках.

Покупая новую одежду или белье, обязательно найдите вшитую с изнанки в боковой шов этикетку с напоминающими древнюю клинопись значками. Это пиктограммы, из которых вы узнаете, как ухаживать за этой вещью и какие последствия ожидают вас, если вы ее купите.

Если видите тазик с водой, перечеркнутый крест-накрест, – стирать нельзя. Окружность, перечеркнутая крест-накрест, указывает, что запрещена химчистка.

Тазик с водой, куда опущена рука, – стирать только вручную. Вместо изображения руки может стоять температура воды при стирке: 30 °C, 40 °C… Эти вещи можно стирать в машине при указанной температуре. Если стоит температура 95 °C – значит, вещь можно кипятить. Иногда под изображением тазика стоит черта, это означает, что в стиральной машине надо выбрать режим бережной стирки.

Окружность, середине которой буквы F, А или Р, – химчистка только в уайт-спирите, перхлорэтилене или в других растворителях. Треугольник со вписанным знаком хлора и перечеркнутый крест-накрест – нельзя отбеливать хлоросодержащими отбеливателями.

Квадрат с вписанной в него окружностью – разрешается отжим в центрифуге. Квадрат с вписанной в него окружностью и с точкой в центре – используйте центрифугу при пониженных оборотах. Квадрат с вписанной в него окружностью, перечеркнутый крест-накрест, – отжимать в центрифуге нельзя.

А. ПЕТРОВ

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

F-35 Lightning II(«Молния») – это истребитель пятого поколения, созданный в рамках программы, предусматривающей разработку боевого самолета, который при минимуме переделок можно было бы использовать для ВВС, флота и авиации морской пехоты.

Анализируя конструкцию F-35, специалисты отмечают ее некоторое сходство с конструкцией самолета Як-141 – первого в мире сверхзвукового многоцелевого самолета вертикального взлета и посадки. Он был предназначен для перехвата воздушных целей и ведения ближнего маневренного боя, а также для нанесения ударов по наземным и надводным целям.

Не исключено, что этот самолет, совершивший первый полет в 1987 году и опережавший на момент создания зарубежные разработки на 15–20 лет, мог подсказать зарубежным специалистам некоторые конструктивные решения. Тем более что в 90-е годы прошлого века конструкторское бюро Яковлева работало совместно с фирмой Lockheed Martinнад соплом вертикального взлета – одним из важнейших узлов для самолетов с вертикальным взлетом и посадкой.

Технические характеристики:

Длина самолета… 15,67 м

Высота… 4,33 м

Размах крыла… 10,70

Площадь крыла… 42,70 м ²

Масса пустого самолета… 13 300 кг

Нормальная взлетная масса… 20 100 кг

Максимальная взлетная масса… 31 800 кг

Максимальная скорость… 2067 км/ч

Практическая дальность… 2200 км

Практический потолок… 18 288 м

Максимальная перегрузка… 9 g

Экипаж… 1 чел.

Нужно сказать, что «Борей» – это шифр, присвоенный проекту по классификации НАТО. А сами атомные подводные лодки проекта 955, которые сейчас проходят испытания или еще строятся, носят имена «Юрий Долгорукий», «Александр Невский» и «Владимир Мономах».

Разработка проекта была начата в конце 80-х годов прошлого века, чтобы в перспективе заменить подлодки проектов 941 «Акула» и 667БДРМ «Дельфин». Согласно первоначальным планам подводный крейсер предполагалось вооружить усовершенствованным вариантом ракетного комплекса Д-11, разработанного для подводных крейсеров «Акула».

Мощные ракеты должны были оснастить более точной системой инерциально-спутникового наведения. Однако серия неудачных пусков заставила начать разработку нового ракетного вооружения крейсера.

В 1996 году было начато строительство первой лодки проекта 955. Всего до 2015 г. для ВМФ России планируется построить восемь АПЛ проекта 955.

Технические характеристики:

Длина корпуса… 170 м

Ширина… 13,5 м

Водоизмещение надводное… 14 720 т

Скорость в надводном положении… 15 узлов

Скорость под водой… 29 узлов

Рабочая глубина погружения… 400 м

Предельная глубина погружения… 480 м

Автономность плавания… 90 суток

Экипаж… 107 человек,

в том числе… 55 офицеров

Водоизмещение подводное… 24 000 т

Средняя осадка… 10 м

Мощность силовой установки… 190 МВт

Вооружение: 16 пусковых установок ракет «Булава», 6 торпедных аппаратов, торпеды, торпедоракеты, крылатые ракеты.

ПОЛИГОН
Моноцикл

Моноцикл практически не встретишь в потоке транспорта, это скорее спортивный снаряд, причем довольно старинный – в этом году ему исполняется 140 лет. А начиналось все с размышления на тему, сколько колес нужно экипажу.

Известно, что чем больше диаметр колес, тем выше проходимость экипажа и меньше затраты энергии на его движение. Но экипаж обычного типа с тремя или четырьмя большими колесами неуклюж и занимает на дороге слишком много места. Выход подсказали… артисты цирка с их одноколесными велосипедами. Так появилась идея классического моноцикла – обойтись одним колесом, даже ободом от него, а внутри на специальной тележке разместить седока.

Вот каковы детали устройства и принцип работы такого аппарата. Колеса тележки приводятся в действие ногами седока или мотором. И она как бы взбирается на обод и своим весом заставляет его вращаться. Вначале по такой схеме делали одноколесные велосипеды – моноциклы. Но с 1906 г., когда появились легкие бензиновые моторы, перешли на одноколесные мотомоноциклы, а затем и на моноциклы-автомобили.

Долгое время многие из них существовали лишь в отдельных экземплярах. Однако сегодня в разных странах делаются попытки их серийного производства. Любопытно, что, хотя это и явно штучный, эксклюзивный продукт, ввиду крайней простоты и технологичности моноциклов цена на них невысока.

Руля у моноцикла нет, но достаточно легкого наклона туловища, чтобы он поехал в нужную сторону. Правда, профессор Дж. А. Пурвит из Англии создал в 1936 г. пятиместный автомобиль-моноцикл с кабиной внутри огромного колеса. Его поворот производился перемещением вбок всей кабины. Моноцикл Пурвита был настолько надежен, что изобретатель собирался на нем объехать весь мир. Быть может, чисто технически это бы и удалось. Но полиция всех стран мира относилась к таким экипажам с тревогой и не спешила с разрешением на их движение по дорогам. А затем началась Вторая мировая война… Отметим, что и сегодня у дорожной полиции моноциклы не вызывают симпатии, и потому они лишь изредка появляются на пустынных шоссе.

В середине 1920-х годов был запатентован бронированный моноцикл-танк. Создать его пытались в Германии во время войны, но не удалось удовлетворительно решить самую сложную проблему – проблему торможения. Это проблема вообще всех моноциклов.

Если затормозить колеса тележки, находящейся внутри моноцикла, то затормозится и вращение обода его колеса. Но неизбежно возникнет сила инерции, которая колесо опрокидывает. Водитель при этом кувыркается вместе с тележкой лицом вперед.

Чтобы избежать опрокидывания, колесо стараются сделать полегче, а центр тяжести тележки сместить вниз. Однако осуществить быстрое торможение, приемлемое для движения по современной дороге, таким способом не удается. Предотвратить опрокидывание можно бы было при помощи силовых гироскопов, но это сильно усложняет машину.

Впрочем, выход был найден. Американский программист Джек Лайол поместил кресло пилота на длинном рычаге впереди колеса. К штанге крепится двигатель с коробкой передач, вращающий вал колеса. Если колесо вращается вправо, то возникает сила реакции, стремящаяся повернуть двигатель, коробку и штангу влево. Ее компенсирует вес кресла с пилотом, помноженный на плечо штанги. А плечо это можно сделать достаточно большим. В результате моноцикл Д. Лайола устойчив при самых резких торможениях и разгонах.

Хоть аппарат Д. Лайола называется моноциклом, но колес там два. Оба они стоят рядом на одной геометрической оси. С ними поворачивать наклоном головы или туловища невозможно, да и не нужно. Д. Лайол делает это, притормаживая то правое, то левое колесо.

1.  Одноколесный велосипед, 1880-е годы.

2.  Моноцикл с внешним расположением пассажира устойчив при торможении. Джек Лайол, США, 1999 г.

3.  Пятиместный одноколесный автомобиль Дж. Пурвита, 1936 г.

Сходным путем пошел американец Керри Мак-Лиин. В его машине два мотоциклетных колеса на общей оси предотвращают от опрокидывания вбок. Ось колес закреплена на поворотной мотоциклетной вилке, которая осуществляет поворот машины. В верхней части моноцикла сделана надстройка, на которой располагается седло. К ней же крепится вилка и двигатель. При езде двигатель создает реактивный момент, бросающий пилота назад, к земле. Человек наклоняется всем телом вперед и своим весом компенсирует этот момент. Казалось бы, при остановке и старте пилот должен клюнуть носом в землю. Но от этого его спасает автоматическая система управления, аналогичная той, что применяется в тележке «Сигвей».

Скорость 160 км/ч даже для автомобиля скорость немалая. В 2001 г. такую скорость показал на своем моноцикле Керри Мак-Лиин. Можно смело утверждать, что подобные моноциклы имеют все шансы занять достойное место на дорогах.

Попробуем же сделать модель моноцикла с электромотором. Тому, кто захочет построить полноразмерный моноцикл, она позволит детально ознакомиться со свойствами этого аппарата, а если сделать несколько моделей, можно будет организовать необычные гонки. Образцом нам послужит моноцикл, выпускаемый в Австралии серийно.

Основа модели – колесо от старого детского велосипеда с литой резиновой покрышкой (брать колесо надувное не следует, поскольку будет мешать торчащий из его обода ниппель).

Итак, отыскав ровное круглое колесо, удаляем из него спицы. Внутреннюю поверхность обода заравниваем и аккуратно оклеиваем скотчем в два-три слоя. Затем из фанеры толщиной 2–3 мм выпиливаем лобзиком две боковые стенки. Чтобы они были строго одинаковыми, фанерные заготовки сбиваем тонкими гвоздиками и выпиливаем вместе. После этого напильником и наждачной бумагой выравниваем кромки, удаляем заусенцы и вытаскиваем гвоздики.

На одной из стенок при помощи тонких гвоздей и клея ПВА укрепляем распорки. Их высота должна немного превышать ширину обода. К ним с помощью саморезов присоединим вторую стенку. Опорные и ведущие ролики лучше выточить на токарном станке из дюралевого прутка. Если такой возможности нет, то их следует изготовить из твердого дерева (бук, дуб). В этом случае вместо токарного станка можно применить укрепленную на столе дрель. Заготовку нужно укрепить гайками на длинном винте и зажать его в патрон дрели. Обтачивать ролик следует при помощи крупнозернистой шкурки, навернутой на круглый стержень.

На оси ведущего ролика имеется шкив, который через резиновый пассик вращает двигатель от игрушечного автомобиля через имеющуюся в нем замедляющую передачу. При сборке модели неизбежно смещение центра тяжести вбок от плоскости обода. Для его компенсации применяются балансиры – две тяжелые гайки, перемещаемые по длинному винту. Регулируя их положение, можно добиться как прямолинейного, так и криволинейного движения модели. Это позволит соревноваться на точность заезда ее в заданную точку. Запуск модели производится кнопочным выключателем.

Модель моноцикла:

_{1– боковая стенка; 2– распорка;  3– опорный ролик; 4– электродвигатель; 5– балансир; 6– ведущий ролик.}

А. ИЛЬИН.Рисунки автора