Текст книги "Юный техник, 2007 № 06"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

В этом выпуске мы расскажем о заоблачной солнечной электростанции Дениса Лекомцеваиз г. Орла и о садовой сеялке и камуфляже для колес боевых машин Ивана Плужникасо станции Камышеватская Ейского района Краснодарского края.

Авторское свидетельство № 1092

ЗАОБЛАЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

«При сильной облачности, тумане или пыльной буре солнечные батареи практически бесполезны, только зря занимают большие площади земли», – совершенно справедливо замечает Денис Лекомцев из Орла. Выход из положения Денис видит в том, чтобы разместить батареи солнечной электростанции на аэростате, летящем на большой высоте, где облаков практически нет. Солнечные батареи должны размещаться на верхней части оболочки аэростата, а в гондоле – оборудование для преобразования полученного электрического тока в ту форму энергии, которая наиболее удобна для передачи на землю.

Денис прав, в средней полосе бывают ясными и солнечными лишь восемьдесят дней в году. Все остальное время небо затянуто облаками, снижающими плотность потока падающей на землю солнечной энергии в 5 – 10 раз.

Более того, солнечный свет поглощают не только облака, но и сам воздух. На высоте 8 – 10 км облака встречаются крайне редко, а мощность потока энергии на 10 % выше. Очевидно, этими «заоблачными» высотами можно было бы ограничиться.

Но не будем забывать: энергию необходимо еще передать на землю. Денис рассматривает три способа ее передачи.

Прежде всего, это передача при помощи луча радиоволн СВЧ или лазера, направленного к приемному устройству на земле. Эти способы, полагает Денис, весьма опасны. Поток такого излучения будет губителен для попадающих в него птиц и летательных аппаратов.

Нельзя исключить и того, что поток радиоволн или лазерного излучения по какой-либо причине отклонится и попадет в населенное место. Последствия этого могут быть кошмарными.

Несравненно безопаснее, полагает изобретатель, передавать энергию при помощи кабеля, который может работать и как привязной трос. Попробуем проиллюстрировать это несложными расчетами.

Аэростат, предлагаемый Денисом, должен иметь форму диска. Опыта строительства аэростатов такой формы нет, но допустим, что диаметр его будет равен 100 м, что сравнимо с длиной самого большого нежесткого дирижабля ZPG-3W 131 м. Тогда площадь его составит 7853 м ².

Полагая, что верхняя поверхность аэростата покрыта такими же батареями, как и на Международной космической станции (МКС), мы получим мощность 770 кВт. Остается лишь передать ее по кабелю. При любых обстоятельствах часть энергии при передаче будет потеряна на нагревание кабеля. Обычно в линиях электропередачи допускаются потери не более 10 %.

Расчет при помощи формул из школьного курса физики дает удивительные результаты. Так, если передавать энергию при, казалось бы, немалом напряжении 1000 В, медный провод должен иметь диаметр более 60 мм, а вес его достигнет 500 т. Если увеличить напряжение в 10 раз, вес медного провода снизится в сто раз и станет равен 5 т, что, казалось бы, вполне приемлемо.

Но не будем забывать: оголенные провода не должны соприкасаться, значит, нужна еще изоляция, которая при таком напряжении будет весить немало.

Есть и еще одна проблема. Медь недостаточно прочна. Уже при длине 4,5 км медная проволока обрывается под действием собственного веса. Остается, как и полагает Денис, применить двухжильный изолированный провод или кабель, изоляция которого хотя и будет весить немало, но может быть сделана из высокопрочного материала, который возьмет на себя часть веса медного провода и предотвратит его обрыв. Очевидно, что при создании высотных электростанций наиболее сложной проблемой будет экономичная, надежная и безопасная передача энергии на землю. Рано или поздно техника сможет ее решить. И в надежде на это Патентное бюро «ЮТ» присуждает Денису Лекомцеву Авторское свидетельство.

ПОЧЕТНЫЙ ДИПЛОМ

СЕЯЛКУ И КОЛЕСО-НЕВИДИМКУ ДЛЯ БОЕВОЙ МАШИНЫ…

…предложил Иван Плужник со станции Камышеватская Ейского района Краснодарского края. Рассмотрим его идеи по порядку.

Сеялка для работы на небольшом участке в саду или в огороде состоит из двух колес и закрепленного между ними посевного агрегата. Этот агрегат, в свою очередь, состоит из ящика для семян и вплотную примыкающего к нему барабана с углублениями. При движении сеялки барабан вращается, семена попадают в его углубления и высыпаются на землю в один ряд, на строго определенном расстоянии друг от друга.

Нет сомнения, что с этой задачей сеялка справится. Но при доработке конструкции Ивану придется устранить некоторые ее недостатки. Вот самый очевидный из них. Представьте себе, что нам нужно перейти на другой участок. Сеялка достаточно тяжела, и ее придется катить, но из нее постоянно сыплются семена… Ведь устройства, которое бы позволило в нужный момент перекрыть поток высыпающегося зерна, она не имеет…

Далее, при высевании зерен на поверхность земли многие из них склюют птицы или унесет ветер. Поэтому семена издавна заглубляют на 2–4 см под почву. Для этого в сеялках, конструкция которых сложилась еще в XIX веке, применяют барабаны-насадки вроде тех, что предложил Иван. Но они подают зерно в трубки, которые заканчиваются острыми сошниками, необходимыми как раз для введения семян в землю на некоторую глубину. На этом принципе были построены и ручные сеялки, пригодные для небольших участков. А в последнее время изобретатели работают над сеялками, которые не только распределяют семена в земле на определенной глубине, но еще и укладывают их под определенным углом относительно меридиана, что должно, согласно новейшим работам исследователей, заметно увеличить урожай.

Следующее предложение Ивана относится к военной технике. «Часто бывает, что боевые машины с камуфляжным покрытием выдают именно их колеса. Вот мне и пришла идея о камуфляжных шинах», – пишет юный изобретатель.

Нет сомнения, такие шины, а быть может, и колеса, полностью покрытые камуфлирующим рисунком, повысят скрытность автомобиля на стоянке. Правда, следует учесть, что при езде, когда колесо вращается, рисунок на нем как бы расплывается, и колесо для нашего глаза вновь предстанет равномерно окрашенным. Так или иначе, колесо с камуфлирующим рисунком может оказаться полезным.

Экспертный совет ПБ за новизну и оригинальность представленных работ присуждает Ивану Плужнику Почетный диплом.

ПРАКТИКУМ ПБ
Плюсы волновой энергетики

Если перевести романтику набегающих волн моря на сухой язык цифр, то оказывается, что бытовая электротехника городской квартиры или загородного дома вполне может питаться от энергии, получаемой всего лишь с одного метра берега!

Исходя из таких соображений, группа российских изобретателей разработала оригинальную энергоустановку. Она представляет собой укрепленную в донном грунте стойку, на которой шарнирно закреплен двуплечный рычаг, на одном конце которого находится поплавок, а другой связан с поршнем водяного насоса. Колебания поплавка вызывают движение поршня насоса, нагнетающего по трубопроводу воду в накопитель, выполненный в виде водонапорной башни. Из накопителя вода под действием силы тяжести стекает вниз, вращая лопасти турбины гидрогенератора, который вырабатывает электрический ток, направляемый потребителям.

По предварительным расчетам, оптимальная мощность одного энергомодуля будет составлять порядка 10 кВт при КПД в 25 %.

Макет установки

Схема накопителя

Волновая энергетическая установка может работать постоянно или сезонно не только в прибрежных водах морей и океанов, но и на речных магистралях. Стоит также отметить привлекательность описываемой установки для инфраструктуры туристических зон в теплых морях, которые всецело зависят от привозного углеводородного топлива, тогда как буквально под боком плещется целый океан энергии.

Разработчиками получен российский патент № 2006121511(023345) «Волновая энергетическая установка». Также ими создан демонстрационный макет установки. В настоящее время строится действующая модель и готовится рабочая документация для изготовления промышленной установки.

Предлагаем юным изобретателям подумать над такими вопросами как:

1. Штормовая защита устройства, как избежать поломки рычага, ведь в случае больших волн рычаг выходит из воды и подвергается дополнительной нагрузке.

2. Как можно улучшить устройство, чтобы при приливах и отливах устройство само «подстраивалось» под необходимую глубину работы.

Пишите: waterpower@rambler. ги/

Звоните: Кирюнин Антон Евгеньевич, тел. 7-495-331-4655; 7-495-331-4611.

Схема поплавкового насоса.

НАШ ДОМ
Меньше дрели. Но лучше!

Слово «дремель» моделисты употребляют сегодня все чаще. Что же это за инструмент и на что он способен?

Вообще-то остается лишь удивляться, почему инструмент с непривычным пока названием «дремель» не появился раньше. Тем не менее, сегодня этот универсальный прибор можно купить на наших рынках и в магазинах.

По существу дремель – это компактный аналог электродрели, болгарки, шлифовальной и фрезеровальной машинок. Он предназначен для мелких работ по дереву, металлу, пластику, керамике. С его помощью можно не только вести фигурную резку, словно лобзиком, но и шлифовать, полировать, сверлить, гравировать, очищать поверхности от ржавчины…

Своим необычным названием это «чудо» обязано немецкому промышленнику Альберту Дремелю, который более 70 лет назад основал корпорацию под своим именем. Фирма и по сей день выпускает инструменты, а теперь наладила промышленный выпуск заменителя бормашинок для домашних мастеров.

По внешнему виду дремель напоминает электродрель, только небольших размеров. Различные модели могут отличаться по дизайну и цене, но их устройство, как правило, одинаково: корпус, гибкий вал – удлинитель, сетевой шнур, скобы для подвеса на штативе, переключатель скоростей, зажимной патрон или цанга для фиксации насадок.

Любой дремель можно смело назвать портативным: он легко умещается в одной руке. Кстати, кроме моделей, питающихся от сети, есть и аккумуляторные, работать которыми еще удобнее.

Многие изделия оснащены «плавным пуском», который позволяет им постепенно набирать скорость, а также вентилятором для охлаждения электродвигателя. Большинство моделей развивает от 8000 до 33 000 об/мин, у некоторых скорость достигает 35 000 об/мин. Как и у бормашины, чем выше число оборотов, тем выше производительность и чистота обработки изделия.

Чтобы перейти от одного вида работ к другому, достаточно заменить насадку. Всего в наборе их около 70.

Здесь и всевозможные буры, и отрезные круги для древесины, пластмассы, металла, и сверла… Есть также приспособления для нарезки резьбы, гравировки и фрезерования; причем инструмент может иметь и алмазное напыление.

Помните, что, к примеру, твердую древесину нужно обрабатывать на более высокой скорости вращения шпинделя, нежели металл. Наименьшее число оборотов нужно выставлять при работе с пластмассами, чтобы материал не плавился.

Насадки продаются как наборами, так и поштучно. Цены – от 20 до 300 руб. за штуку. Наиболее дорогие модели производства Boschстоят около 5,5–6 тыс. руб. А вот дремели других фирмы, в том числе отечественный гравер «Энергомаш», стоят уже порядка 1–2 тыс. руб. Обычно производители дают трехлетнюю гарантию на свою продукцию. Однако при правильной эксплуатации дремель прослужит вам намного дольше.

Н. СИНИЦЫНА

Кстати…

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

При работе с дремелем обязательно надевайте инструментальные очки для защиты глаз, а еще лучше купите маску для лица. Обязательны и перчатки на руках, поскольку при работе инструмент сильно нагревается. Поэтому делайте перерывы в работе для его охлаждения. Уменьшить разброс мелкой железной стружки позволит магнит, завернутый в полиэтилен и расположенный в районе ее выхода. Можно также использовать при работе вытяжку или шланг пылесоса, что уменьшит количество пыли. И уж, конечно, периодически проветривайте помещение, где работаете.

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Разработку усовершенствованного многоцелевого вертолета MH-60R фирма «Сикорский» начала в 1993 г. Летом 2001 г. первый вертолет MH-60R поднялся в воздух, а в 2004 г. начались его эксплуатационные испытания.

На вертолете MH-60R установлены такое же приборное оборудование и двигатели, как и у модификации MH-60S, а планер такой же, как у SH-60. Экипаж вертолета состоит из трех человек: пилот, второй пилот и оператор тактических систем. Поскольку новый вертолет предназначен для борьбы с подводными лодками, надводными кораблями и наземными целями, в состав его бортового оборудования входят многоцелевая РЛС, способная работать в режимах поиска, идентификации цели, поиска перископов, и низкочастотная акустическая поисковая система.

Планируется оснащение вертолетов бортовым комплексом предупреждения о лазерном облучении, приемником предупреждения об электромагнитном облучении, устройствами постановки ИК-помех и обнаружения пусков ракет.

Техническая характеристика:

Длина… 19,8 м

Ширина…16,4 м

Высота… 5,1 м

Диаметр главного винта… 16,4 м

Диаметр хвостового винта… 3,3 м

Крейсерская скорость… 252 км/ч

Максимальный взлетный вес… 10,206 т

Шестицилиндровый оппозитный двигатель, вентилируемые дисковые тормоза с антиблокировочной системой, навигационная система с поддержкой голосовых команд музыкальный центр с чейнджером на шесть компакт-дисков, четырехканальный усилитель мощностью 80 Вт на канал с автоматической регулировкой громкости в зависимости от скорости движения, кожаные сиденья с подогревом, круиз-контроль, ключ зажигания с микрочипом, подушка безопасности… Это только часть опций новой версии серийного мотоцикла Honda Gold Wing, признанного недавно авторитетным журналом Forbesлучшим мотоциклом в мире.

Техническая характеристика:

Длина… 2,635 м

Ширина… 0,945 м

Высота… 1,455 м

Коробка передач… 5-ступенчатая

Главная передача… закрыта карданным валом

Объем двигателя… 1832 см ³

Максимальная мощность… 118 л.с.

Крейсерская скорость… 200 км/ч

Объем бензобака… 25 л

Масса пустого… 363 кг

ПОЛИГОН
Махокрылые ветряки

Энергия ветра ничего не стоит. Казалось бы, ставь ветряк и пользуйся. Однако окупаются они лишь за 10–15 лет. А одна из самых дорогих частей ветрогенератора – башня, на которой устанавливается ветроколесо. Если сделать ее пониже (и подешевле), то резко уменьшится размер крыльчатки и, следовательно, мощность. Есть различные устройства, которые, подобно плотине гидростанции, направляют энергию большого потока воздуха на небольшую ветротурбину. Но размеры и стоимость таких установок оказываются непомерно велики.

А нельзя ли построить ветряк без башни? Можно, если отказаться от… винта. И заменить его машущим крылом. Вы замечали, наверное, как при взлете большие птицы поднимают ветер. Логично предположить, что и ветер способен заставить крылья махать.

Первый ветродвигатель с горизонтально машущими крыльями предложил еще в 20-е годы прошлого века советский изобретатель И.Н. Миронов (рис. 1).

На верху небольшой башни он расположил пару крыльев на общей штанге, укрепленной на валу. Особый механизм действовал так, что одно крыло поворачивалось на ребро, а другое в этот момент ложилось горизонтально. Первое крыло встречало сильное давление ветра и двигалось назад по его ходу. В этот момент другой конец штанги двигался вперед, а укрепленное на нем крыло не мешало, поскольку давления ветра почти не испытывало. Взмах (поворот) штанги с крыльями занимал 90°. В конце его происходил разворот крыльев и начиналось их движение в обратном направлении. Вал такого ветродвигателя попеременно вращался то в одном, то в другом направлении, а механизм преобразовывал его в однонаправленное.

При башне сравнительно небольшой высоты ветродвигатель Миронова позволяет получать значительную мощность за счет применения крыльев большого размаха. Однако в конце взмаха крыла, при его торможении, на штанге возникали значительные усилия и вибрация всей установки. Это ограничивает ее мощность и сильно снижает срок службы.

Есть крылатые ветряки, совершающие, как птицы, взмахи в вертикальном направлении. Их крылья непременно должны изменять в конце взмаха свой угол атаки для того, чтобы напор ветра двигал их то вверх, то вниз. Обычно для этого применяют особый, довольно сложный кривошипно-шатунный механизм. Всем он, казалось бы, хорош, но есть у него так называемые мертвые точки, выйти из которых можно только с помощью посторонней силы. Поэтому чаще предлагаются ветряки, похожие на стрекозу, с парой механически связанных крыльев, движущихся в противоположных направлениях. В этом случае одна из пар крыльев обязательно не находится в мертвой точке и может помочь другой. При этом за счет встречного движения удается частично погасить, а точнее, замкнуть внутри возникающую при работе системы вибрацию.

Очень интересен ветродвигатель, предложенный известным своими работами в области машущего полета авиамоделистом Г.Васильевым. Двигатель оснащен крылом параллельного взмаха. Оно перемещается вверх-вниз при помощи кривошипно-шатунного механизма, который одновременно и снимает мощность, и управляет углом атаки крыла. В результате этого ветер тянет крыло то вверх, то вниз.

Два таких крыла могут быть установлены на кривошипах, сдвинутых под углом 180°, что позволит им двигаться навстречу друг другу и полностью замкнуть ударные нагрузки внутри приводного механизма.

Крылатые ветряки, как и ветряки с пропеллером, часто устанавливают на поворотном корпусе с хвостовым пером, что позволяет им разворачиваться по ветру. Однако это довольно сложно, да и всегда ли нужно?

Финские изобретатели нашли иное решение. Крыло параллельного взмаха они попробовали закрепить на самом коньке крыши сельского дома (рис. 3).

Было бы, конечно, желательно, чтобы такой дом вертелся, как избушка Бабы-Яги, но это не обязательно. Сам скат крыши работает здесь, как ветроплотина, концентрирующая энергию ветра на крыле ветряка. В результате проигрыш от невозможности развернуть ветряк по ветру с лихвой окупается выигрышем по мощности от концентрации энергии ветра. (Эффект, кстати, можно значительно усилить, придав крыше особый аэродинамический профиль.)

Поскольку энергия крылатого ветряка еще менее стабильна, чем у ветряка с пропеллером, финские специалисты заставили его вырабатывать не электроэнергию, а тепло. Для этого на валу ветряка установили мощный масляный демпфер – бак с маслом, в котором вращается колесо с лопатками. В нем за счет трения механическая энергия превращается в тепло, которое идет затем на отопление дома. Скорость вращения и частота включения ветряка для такого устройства безразличны. А КПД масляного демпфера составляет практически 100 %. Повторить финскую разработку было бы сложно, поэтому, если вы хотите построить модель ветряка, лучше взять конструкцию с крылом Васильева (рис. 2).

Модель махокрылого ветряка:

_{1– крыло; 2– направляющая; 3– шатун; 4– лонжерон; 5– кривошип (R = 50 мм); 6– маховик; 7– электрогенератор.}

Она имеет крыло симметричного профиля, лонжерон которого движется по двум направляющим. Под действием ветра в зависимости от угла наклона на крыле возникают силы, стремящиеся его либо поднять, либо опустить. Эти силы через лонжерон и два шатуна, жестко с ним связанные, действуют на кривошипы, заставляя их вращаться. Полезная мощность снимается с вала этих кривошипов.

Для прохождения мертвых точек на валу укреплен маховик. Он же служит шкивом для привода полезной нагрузки, например, электрогенератора. При указанных на рисунке размерах можно ожидать получения механической мощности 10 Вт при скорости ветра 5 м/с.

Крыло, чтобы быть по возможности легким, выполняется по авиамодельной технологии. В качестве лонжерона используйте дюралюминиевую трубку диаметром 10 мм. Нервюры крыла – из обычной фанеры толщиной 3 мм. В процессе работы на лонжерон и крыло в целом действуют скручивающие его силы. Поэтому каждая нервюра должна быть надежно приклеена к лонжерону эпоксидной смолой. Дюралюминиевая трубка должна быть ровной и прямой, и перед склейкой ее тщательно обезжирьте.

Крыло желательно оклеить лавсановой пленкой на клею типа 88. После высыхания клея крыло может оказаться перекошено. Перекос устраняется прогреванием пленки с помощью утюга.

В первом эксперименте крыло и весь его механизм закрепите на доске. На ней же крепятся две металлические направляющие толщиною 2 мм, в которых для удобства сборки предусмотрен открытый торец, закрываемый перемычкой на винтах.

Пожалуй, самой сложной в изготовлении деталью ветряка являются шатуны, которые для возможности сборки приходится делать разъемными, на винтах. Сама необходимость размещения винта с гайкой (диаметр 2 мм) заставляет делать толстыми их головки. В то же время нежелательно увеличивать вес шатуна, так как это может привести к нежелательным вибрациям при работе. Поэтому попробуйте их сделать из фанеры толщиною 10 мм и последующим опиливанием средней части по возможности уменьшите их вес.

Верхняя головка шатуна должна быть закреплена от проворачивания относительно лонжерона при помощи шплинта. В нижней головке шатуна проходит кривошип. Для уменьшения трения фанеры по стали засыпьте в отверстие шатуна графит мягкого карандаша.

Каждый кривошип делается в два приема: вначале на кусок ровной прямолинейной проволоки (вязальной спицы) напаиваются пластинки с отверстиями, а затем удаляются лишние перемычки.

Вашего крылатого ветряка при среднем ветре вполне хватит для привода небольшого электрогенератора, например, электродвигателя от плейера, от которого может гореть яркий светодиод. Но если заставить работать от него простейший поршневой насос для перекачки воды, то мощности ветряка хватит на то, чтобы за сутки накачать целую бочку воды.

Если же увеличить все его размеры втрое, то мощность возрастет в девять раз и далее – пропорционально квадрату его линейного размера.

А. ВАРГИН

Рисунки автора