Текст книги "Юный техник, 2006 № 02"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

В этом выпуске Патентного бюро расскажем о приспособлении для улучшения работы двигателя и новых пулях для огнестрельного оружия Валентина Беликоваиз поселка Даниловна Волгоградской области, а также о новом способе получения ядерной энергии, который предложил Виталий Кимиз Усть-Каменогорска. Экспертный совет ПБ наградил Валентина Беликова авторским свидетельством, а Виталия Кима – почетным дипломом журнала «Юный техник».

Авторское свидетельство № 1086

ПРО НОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И СКОРОСТНУЮ ПУЛЮ

Валентин Беликов из поселка Даниловка Волгоградской области прислал сразу несколько проектов. За неимением места обсудим два самых ярких. Воздушный фильтр с озонатором (см. рис. 1) предназначен для снижения износа двигателя внутреннего сгорания и повышения его мощности.

На входе фильтра грамотно расположены две сетки: первая – в узком сечении трубопровода – имеет крупные ячейки, вторая, с мелкими ячейками, установлена в широком сечении. Таким способом без заметного увеличения сопротивления на всасывании Виталий предлагает предварительно очищать воздух от песка и пыли. Более того, дальше начинается тонкая очистка. После фильтров установлен ряд пластин, соединенных с полюсами источника высокого напряжения.

Электростатическое поле заставляет оседать на них пыль, а чтобы при отключении напряжения она не попадала в двигатель, пластины покрыты клейким веществом. (Здесь стоит заметить, что к пластинам могут притянуться лишь заряженные пылинки, а как быть с теми, на которых заряда нет?)

За электрофильтром следует озонатор. Здесь, по мысли автора, под действием электрического разряда кислород воздуха превратится в озон и, попав в цилиндр, поможет запускать двигатель в холодном состоянии. Автор совершенно прав: озон – очень сильный окислитель. Однако если уж у нас теоретически на впуске в двигатель появился генератор озона, то стоит использовать его гораздо шире.

Двигатель с озонатором на входе – это двигатель нового типа. Если весь кислород воздуха превратить в озон, то при сгорании топлива может выделиться на 40 % больше энергии, чем при сгорании в обычном воздухе.

Разумеется, эта прибавка, в полном соответствии с законом сохранения, потребует такой же затраты энергии на производство озона.

Стоит ли огород городить?

Оказывается – стоит. Для сжигания одного и того же количества топлива можно взять на 40 % меньше озонированного воздуха, чем обычного. Настолько же уменьшится работа на его предварительное сжатие. А она весьма велика и составляет в дизеле 40 % от мощности. Если воздуха станет меньше, то снизится и потребная на сжатие мощность, а КПД повысится на 16 %. К этому добавятся и другие возможности. Не исключено, что удастся снизить расход топлива даже вдвое! Плохо только, что КПД установок, производящих озон, довольно низок. Поэтому сегодня озоновый двигатель, увы, невозможен. И все же идея Валентина заслуживает самого пристального внимания.

Следующее предложение Валентина Беликова уже из другой области. Речь идет об особых патронах и пулях для стрелкового и охотничьего оружия. Автор их называет «термоотводными». Взгляните на рисунок 2. На нем изображена пуля в патроне, часть которого отгорожена и наполнена водой.

Устройство патрона Беликова:

_{1– твердый сердечник; 2– мягкий сердечник; 3– контактная кромка; 4– трассирующий заряд; 5– хвостовая часть; 6– жидкость; 7– перегородка; 8– порох.}

Как поясняет автор, он пытался создать патрон, который охлаждает и в то же время очищает ствол. К тому же при вспышке пороха вода превращается в пар, который, в свою очередь, толкает пулю.

Чтобы более полно оценить возможности этого предложения, рассмотрим процессы, происходящие в стволе при выстреле. После вспышки пороха давление в стволе винтовки быстро достигает 2700 атм. По мере продвижения пули по стволу и расширения газов оно быстро снижается. Но к моменту ее вылета из ствола оно еще составляет сотни атмосфер.

В огнестрельном оружии одна из важнейших задач – получение максимальной скорости пули. Для этого, например, можно удлинить ствол. Некоторые снайперские винтовки и противотанковые ружья имеют стволы длиною до двух метров. У короткоствольного оружия, пригодного в бою, скорость пули гораздо ниже. Чтобы ее повысить, пытались создать порох, который в начале вспышки горит медленно, а затем все быстрее и быстрее, чтобы давление в стволе оставалось постоянным.

Желаемого результата не достигли. Но добавление в патрон некоторого количества воды может дать неплохой результат.

Дело в том, что вода при давлении меньше 225 атм и температуре менее 374 °C способна расширяться, не изменяя своего давления, лишь бы к ней в этот момент подавалось тепло. (Тем же свойством, кстати, обладают все жидкости.) Кроме того, молекулярная масса воды меньше, чем у пороховых газов, и благодаря этому расширение водяного пара будет происходить быстрее. Это доказывают проводимые в последнее время на Западе испытания электрических пулеметов. В них мощный электрический разряд превращает порцию воды в пар с температурой более 1000 °C. Возникающее давление – более 1000 атм – выбрасывает пулю со скоростью 1500–1700 м/с. Для накопления необходимой для выстрела энергии, правда, нужна тяжелая батарея конденсаторов и электростанция для ее зарядки. При скорострельности в тысячу выстрелов в минуту пулями весом 9 г эта электростанция должна иметь мощность 170 кВт и весить как минимум полтонны. Ясно, что такое оружие бесперспективно.

А теперь представьте себе пулемет с термоотводными патронами В. Беликова, в которых теплота сгорания пороха передается воде. Сам пулемет будет, наверное, несколько тяжелее обычного, но для ношения одним человеком вполне приемлем. Скорость пули в нем сможет, наверное, достичь 1700–1900 м/с. На такой скорости обычная пуля пробивает 20-мм стальную броню, а точность попадания возрастает в 140 раз.

Почетный диплом

НОВЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ…

…предложил Виталий Ким из Усть-Каменогорска. Представьте: два ускорителя нацелены друг на друга. Один создает пучок ядер гелия, другой – антигелия (антигелий – это тот же гелий, только заряд у него не положительный, а отрицательный). При встрече частиц происходит аннигиляция – полное превращение вещества в гамма-излучение.

Энергия здесь выделяется огромная в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна Е = m∙с ². Так например, один миллиграмм антигелия, прореагировав с таким же количеством гелия, даст столько же энергии, сколько выделяется при сгорании 4,3 тонны нефти.

Схема аннигиляционного реактора:

_{1– источник ионов; 2– источник антиионов; 3– ускоритель ионов; 4– ускоритель антиионов; 5– управляющая пластина; 6– реактор, где сталкиваются ионы и антиионы.}

Цифра впечатляет, поэтому предложение Виталия кажется привлекательным. Но присмотримся к нему внимательнее.

Гелий получить нетрудно. Но вот антигелия на Земле не существует. Его атомы получают поштучно на очень мощных ускорителях элементарных частиц. Приборы эти, к сожалению, энергетически несовершенны. В силу множества потерь энергия, которую ускоритель затрачивает на разгон каждой частицы, превышает ее кинетическую энергию в тысячи раз. Так что на получение антипротонов придется затратить гораздо больше энергии, чем получится в результате аннигиляции.

Следовательно, чтобы получать энергию по способу Виталия Кима, эффективность ускорителей нужно повысить в тысячи раз. Тогда только в нашем распоряжении появятся энергетически дешевые атомы антигелия. Однако разгонять их в ускорителе и пускать им навстречу ядра гелия нет смысла. Более того, скорость здесь только вредна. Как показывает расчет, они пролетят друг мимо друга и прореагировать успеет лишь миллиардная их часть. Зато при нулевой скорости за счет электрического притяжения частицы сольются и произойдет желаемая аннигиляция.

Итак, изобретайте энергетически совершенные ускорители, и при помощи антигелия, как предлагает Виталий, или с помощью иных частиц мы получим много дешевой энергии!

Выпуск подготовил А. ИЛЬИН

ДАЕШЬ ПАТЕНТ!

ДОРОГИЕ ЧИТАТЕЛИ!

Вот уже тридцать пять лет при нашем журнале работает «Патентное бюро». Лучшие ваши работы мы отмечаем почетными дипломами и авторскими свидетельствами. И, несмотря на то что эти документы не имеют официальной силы, их часто принимают во внимание при поступлениях в ВУЗы.

Это уже немало. Но все же каждый юный изобретатель мечтает, наверное, иметь настоящий патент, выданный Федеральным институтом патентной собственности. Работа по оформлению заявки на изобретение, а также поиску прототипов и аналогов весьма трудоемка и дорога.

Сегодня мы открываем перед вами новые возможности. Подготовку всех необходимых для получения патента документов редакция берет на себя. От вас нужны только идеи и предложения.

Посмотрите вокруг. Казалось бы, в магазинах есть все. И в то же время очень многое еще не придумано. Видели ли вы, например, в продаже мяч, меняющий цвет при ударе? А бейсболку-плащ? А ботинки, растущие вместе с ногой?..

Но не замыкайтесь только на конструкциях и схемах, выявляйте настоящие и будущие проблемы и потребности.

Специалисты редакции подскажут стратегию патентной защиты наиболее значимых предложений и идей, подготовят необходимые документы и направят ваши дальнейшие действия.

КОЛЛЕКЦИЯ ЭРУДИТА
Фильтрующая «паутинка»

Металлическая «паутинка» для фильтра выглядит почти как украшение…

Внешне волокна из нержавеющей стали напоминают проволочную кухонную мочалку. Однако на самом деле они являются начинкой новейших суперфильтров, способных очищать загрязненные машинные масла, обеспечить их повторное использование.

«В России ежегодно образуется около миллиона тонн отработанных машинных масел, которые в лучшем случае сжигают в топках, а в худшем – попросту сливают на землю или в канализацию. Это же целый Клондайк!» – рассказывал о сути изобретения руководитель регионального общественного экологического благотворительного фонда «ЭКУР» В.Л. Балановский.

Однако очищать отработанное масло обычными способами оказывается не очень выгодно: дорогие фильтры быстро выходят из строя.

Новые фильтры гораздо дешевле. Ведь их основной элемент – та самая металлическая «паутинка», о которой сказано выше, – изготовляется весьма просто. На вращающийся диск капают расплавленным молибденом, медью, вольфрамом или иным металлом. При вращении диска капли охлаждаются и вытягиваются в тончайшие нити, которые, как ни комкай проволоку, оставляют все же немало микроскопических каналов для протока масла. Остается поместить «мочалку» в корпус – и фильтр готов.

Через него можно процеживать загрязненное масло до тех пор, пока он не забьется. После этого «паутинку» прокаливают в огне, продувают сжатым воздухом, и фильтр снова готов к действию.

Е. РОГОВ

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Ми-17В-5 может эффективно использоваться для проведения поисково-спасательных операций и других специальных заданий. Для подъема пострадавших на борт может быть установлена лебедка СЛГ-300 грузоподъемностью 300 кг, комплектуемая люлькой или универсальным подъемным сиденьем. Причем люлька предназначена для подъема на борт вертолета двух пострадавших одновременно. Она может и плавать, обеспечивая подъем пострадавших с воды. Очки ночного видения и прожектор SX-16 с инфракрасной шторкой позволяют осуществлять поиск пострадавших в ночное время. Дополнительно установленный тепловизор повышает эффективность поиска. Имеется также и обычное освещение.

Техническая характеристика:

Длина… 25,35 м

Ширина… 4,51 м

Высота… 5,54 м

Вместимость… до 36 пассажиров

Максимальная взлетная масса… 13 00 кг

Масса перевозимого груза внутри кабины… 4000 кг

Масса груза на внешней подвеске… 4500 кг

Максимальная скорость полета… 250 км/ч

Дальность полета… 715 км

Практический потолок… 6000 м

Мощность двигателей при взлете… 2000 л.с.

Основанный в 1941 году Ульяновский автомобильный завод (УАЗ) – ныне ведущее российское предприятие по выпуску полноприводных малотоннажных автомобилей. На производстве, в сельском хозяйстве часто складывается ситуация, когда необходимо перевезти не только какое-то оборудование, но и людей, которые будут на нем работать – например, фермеров, сварщиков, ремонтников… С этой задачей прекрасно справляется грузопассажирский «УАЗ-3909», который и сегодня можно встретить в любом уголке страны – от Заполярья до калмыцких степей, от Калининграда до Магадана, в больших городах и маленьких поселках.

Техническая характеристика:

Высота… 2,100 м

Длина… 4,440 м

Ширина… 1,940 м

Масса снаряженного автомобиля… 1,9 т

Максимальная скорость… 117 км/ч

Мощность двигателя… 98 л.с.

Грузоподъемность… 1,1 т

Количество мест… 9

Расход топлива… 15,5 л на 100 км

Объем двигателя… 2890 см ³

ПОЛИГОН
Волшебная рука

Дух соревнования у каждого в крови. Одни соревнуются в поднятии тяжестей или быстроте бега, другие – в умении сделать нечто такое, чего не может сделать никто. Очень часто это «нечто» отличается от вещей обыденных размером. Так, в XVIII веке города Германии соревновались в умении сделать самую большую колбасу. Победителем стал крохотный городок Могендорф, колбасники которого сотворили очень вкусное изделие, которое пришлось нести всемером. А английская королева в те же годы получила в подарок крохотный дамский перочинный ножичек (нужная вещь, ведь писали тогда гусиными перьями), в рукоятке которого имелось сто пятьдесят выдвижных ящичков. А в них лежала всякая всячина: чайный сервиз, портреты королевского семейства, карта империи и… волос из головы самой королевы. Только он был расщеплен вдоль на четыре части…

Впрочем, еще в XIII веке японские мастера рисовали акварели на рисовых зернах. Живет этот редкий промысел и сейчас. Как сообщали газеты, цена такого «зернышка» порой превышает цену роскошного мотоцикла.

Трудно сказать, какие размеры имела блоха, которую подковал герой Лескова Левша. Однако на фотографии вы найдете подковки на прыжковых лапках настоящей засушенной блохи. Ее в 1961 г. подковал по всем правилам науки о ковке лошадей украинский мастер Николай Сергеевич Сядристый. Любопытно, что эту работу он считает одной из самых простых, своего рода «этюдом для начинающих», а серьезным делом – изготовление сверхминиатюрных надписей, картин и скульптур размером с рисовое зерно.

Подобная сверхтонкая проработка деталей встречается и на некоторых русских иконах XIX века.

Н.С. Сядристыйсумел усадить фигурку человека на хоботок комара, создал электромотор размером с лапку муравья и, конечно, подковал блоху (на рисунках сверху вниз).

Искусство изготовления сверхминиатюрных вещей в значительной мере утеряно. Отчасти потому, что мастера старались сохранить тайны своей технологии. Но такой тактики придерживались не все. Так, многие из секретов ручной технологии изготовления сверхминиатюрных вещей описаны в книге: Н.С.Сядристый. Тайны микротехники, Москва, 1975.

Одна из первых его работ – новогоднее поздравление с 1960 годом – была выгравирована на волосе.

То, что рука человека способна выполнять столь тонкие движения, сродни волшебству. Однако это получается далеко не у всех.

Вполне возможно, что такую работу мог бы значительно облегчить специальный манипулятор, копирующий и воспроизводящий наши движения с уменьшенной амплитудой. Действие манипулятора основано на принципе гидравлического замедления. Два цилиндра с поршнями внутри соединены шлангами и наполнены жидкостью. Если диаметры цилиндров неодинаковы, то при перемещении поршня в меньшем цилиндре поршень большего переместится на меньшую величину.

Допустим, мы соединили шприц объемом 1 см ³со шприцем объемом 5 см ³. Тогда при перемещении поршня меньшего шприца на 1 см поршень большего переместится на 2 мм.

На рисунке 1 вы видите эскиз простейшего микроманипулятора для художественных работ под микроскопом.

Он состоит из блока управления, воспринимающего движения руки оператора, и блока повторения этих движений в уменьшенном виде.

Вся система состоит в основном из готовых элементов. В блоке управления применены три медицинских шприца объемом 0,5 см ³. Каждый из них соединен при помощи трубочек от медицинской капельницы с соответствующим шприцем на стороне блока повторения. Но объемы каждого из них 5 см ³. При этом достигается десятикратное уменьшение размаха движений руки оператора.

Н.С. СЯДРИСТЫЙ, фото 1975 г.

Рукояткой управления можно весьма сложные движения, состоящие из вращения относительно трех осей и линейного перемещения. Такие же движения, но с уменьшением в десять раз, совершает инструмент рабочего блока.

Вообще-то полагалось бы соединять рукоятку управления с ее шприцами при помощи шатунов с шаровыми шарнирами. Но такой механизм слишком сложен в изготовлении. Поэтому рукоятка соединяется со штоками шприцев при помощи резиновой шайбы. Таким же способом соединены штоки поршней на рабочей стороне манипулятора. Здесь в центре резиновой шайбы закреплен патрон для применения инструмента.

Рабочий блок манипулятора крепится к столику микроскопа, а блок управления – к лабораторному столу. Весьма важно при заправке системы жидкостью (глицерин, вазелиновое масло) удалить из нее пузырьки воздуха. Для этой цели на каждом шланге, соединяющем пару шприцев, установлен тройник от аквариума с зажимом от капельницы. Через него удаляется избыток жидкости и пузырьки воздуха.

Микроманипулятор позволяет делать рисунки и барельефы. Вполне возможно его применение и для биологических опытов, например, для пересадки клеточных ядер.

А.ИЛЬИН

ВМЕСТЕ С ДРУЗЬЯМИ
Вперед – с воздушным змеем!

В восьмидесятые годы XX века мы рассказывали, как сначала серфингисты, а потом и сноубордисты стали осваивать новый вид спорта и развлечений – катание на доске под парусом, соответственно по воде и по снегу. Сегодня очередное поколение любителей экстрима предпочитает гонки за воздушным змеем-буксировщиком.

Если вдуматься, такое развитие идеи кажется вполне логичным. Ветры у поверхности нашей планеты дуют не всегда, зато на высоте в десятки, а то и сотни метров они гуляют практически постоянно. Тогда почему бы и не поднять парус на соответствующую высоту?

Считают, одним из первых эта идея пришла в голову англичанину Джорджу Кейли. В 1853 году он провел соответствующий эксперимент, использовав для первоначального подъема воздушного змея на нужную высоту упряжку лошадей. В итоге, по свидетельству очевидцев, рассерженный кучер крикнул: «Простите, сэр Джордж, но я хотел бы получить расчет! Я нанимался править лошадьми, но не воздушными змеями!..»

Сейчас лошадиная упряжка стала редкостью. Зато конструкции воздушных змеев настолько совершенны, что запустить такой змей в небо может без особого труда один человек. Между тем тяга у такого змея-паруса столь велика, что он способен тащить лыжника или сноубордиста со скоростью в десятки километров в час.

Весит змей-буксировщик, сшитый из современных синтетических материалов, 2–3 кг; площадь его несущей поверхности в среднем около 4 м ², и его, в принципе, несложно купить в магазинах больших городов.

Но не все наши читатели – горожане. А змей, хоть и стоит в 2–3 раза дешевле классического параплана и в 3–7 раз меньше, чем хороший дельтаплан, по цене все равно сравним с очень хорошим велосипедом, а то и мотоциклом. Поэтому мы предлагаем вам построить воздушный змей-буксировщик самостоятельно.

На первом этапе вы опробуете свои силы и приобретете необходимый опыт при постройке уменьшенной модели с размахом крыла примерно в 1 м. Конструктивно эта модель не сложнее схематического планера. А чтобы было интереснее его запускать, оснастите его «пилотом-роботом» (манекеном из картона). Заодно он поможет вам и правильно сцентровать модель – добиться, чтобы змей устойчиво держался на ветру, а, отпущенный с леера, совершал плавную посадку.

После этого можно будет приступить к постройке полнометражного змея-тягача с размахом крыльев 3–4 м и площадью крыла до 4 м ². Он, как показывает расчет, способен при свежем ветре буксировать за собой по льду или снегу легкие санки или лыжника-подростка.

Если скорость движения вам покажется недостаточной, из змея-моноплана можно будет сделать биплан, добавив к нему сверху еще одно крыло.

Для каркаса подойдут деревянные рейки (толщиной 2–3 см) или дюралевые трубки (диаметром 1–2 см). Для обтяжки используйте синтетическую или обычную ткань, прочную бумагу. Соединения делаются на гвоздях или косынках-кницах (см. рис.). Можно также использовать стеклопластиковые жгуты, пропитанные эпоксидной смолой. После полимеризации смолы соединение трубок получается довольно прочным и легким. Соотношение ширины крыла (хорды) к размаху крыльев следует взять примерно 1: 6 или 1: 8.

Манекен склеивается из картонных коробок разного размера (например, сигаретных) либо из блоков упаковочного пенопласта. Крепление леера-уздечки видно на рисунке. Центр тяжести найдите экспериментальным путем, меняя точки крепления манекена к змею или место крепления самой уздечки.

Примеры соединения деревянных реек:

_{а.на кницах; б.вполдерева (на «ус»); в.«в домок».}

При добавлении второй несущей поверхности манекен расположите между крыльями. Запускают змей против ветра вдвоем с помощником. Делать это лучше в чистом поле, подальше от домов и деревьев, так как воздушный поток вблизи них образует шквалы-завихрения, что затрудняет взлет и посадку.

Особенно избегайте близости линий электропередачи (ЛЭП). Ни в коем случае в качестве леера нельзя использовать проволоку – по ней ток передается лучше всего. Обычно в качестве леера применяют толстую рыболовную леску или капроновый шнур.

При буксировке просто держитесь за ручку, к которой привязан нижний конец леера. Не наматывайте леер на руку – вы не сможете быстро освободиться от него, если скорость буксировки станет чересчур большой или вы увидите, что вас несет на какое-то препятствие.

Ю. ВАСИЛЬЕВ