Текст книги "Юный техник, 2011 № 03"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 5 страниц)

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»
_{НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ}
№ 3 март 2011

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

ВЫСТАВКИ
Что показал Геленджик?

Осенью 2010 года в Геленджике прошел «Гидроавиасалон-2010», где в очередной, уже восьмой, раз были продемонстрированы перспективные летательные аппараты морского базирования, рассказано о новейших разработках в данной области науки и техники.

Здесь стоит сказать, что за рубежом гидроавиацию используют в основном для туризма. Противопожарных самолетов, патрульных амфибий сравнительно мало. А вот в России гидроавиация применяется гораздо шире.

Вскоре после Второй мировой войны поднялись в воздух первая серийная реактивная летающая лодка Бе-10 и рекордный самолет-амфибия Бе-12. Вслед за тем были созданы уникальный по сочетанию гидродинамических и аэродинамических характеристик А-40 «Альбатрос» и первые крупные экранопланы для армии.

Нашим конструкторам удалось добиться того, что гидросамолеты, амфибии и экранопланы успешно конкурируют с сухопутной авиацией. Так, расчеты ЦАГИ показывают, что использование амфибий даже при эксплуатации с аэродромов всего на треть дороже, чем самолетов сухопутного базирования. А при отсутствии сухопутных аэродромов гидроавиация становится едва ли не единственным средством сообщения.

Кроме того, как показало прошлое лето, самолеты-амфибии весьма эффективны при тушении лесных пожаров. Пожарная амфибия Бе-200, имеющая взлетную массу 36 т, в 3–4 раза превышает по производительности пожарный Ил-76 со взлетной массой около 200 т.

Все дело в том, что заправка баков водой Ил-76 на сухопутном аэродроме может растянуться на нескольких часов, а снабженный системой забора воды на режиме глиссирования самолет-амфибия тратит на заполнение водяных баков считаные секунды.

Ветерану авиации ВМФ Бе-12 не нашлось места в экспозиции салона

Амфибия ЛА-8

Летающий раритет По-2 на поплавковом шасси.

Хороша гидроавиация и при проведении поисково-спасательных операций на море и в прибрежных районах. Гидросамолеты и экранопланы могут действовать там, где сухопутные вертолеты и самолеты бессильны. Поэтому с особым интересом специалисты, журналисты и посетители салона выслушали рассказ Генерального директора и генерального конструктора Таганрогского авиационного научно-технического комплекса Виктора Кобзева о создании сверхтяжелого экранолета Бе-2500 «Нептун», который сможет сразу принимать на борт около 1000 т груза и транспортировать его через океан с самолетной скоростью.

Краткие характеристики этой уникальной машины мы приводили в рубрике «Коллекция «ЮТ» (см. № 11 за 2010 г.). Теперь у нас есть возможность поговорить о ней подробнее.

Мечта о подобном транспорте-гиганте зародилась не вчера. Еще в 80-е годы XX века ратовал за создание таких «летающих кораблей» и выдающийся конструктор, создатель многих советских гидросамолетов Г.М. Бериев. Он справедливо полагал, что с увеличением размеров гидросамолета та «добавка» к конструкции, которая должна обеспечить ему необходимую мореходность, практически становится не видна. Громада со взлетным весом в 3000 и более тонн может не бояться волнения на море, взлетать и садиться даже в шторм.

Кроме того, для летательных аппаратов таких размеров оказывается весьма эффективной схема «летающее крыло». Ведь для чего, собственно, необходим фюзеляж самолету? Для того чтобы можно было разместить в нем груз, пассажиров. У большого самолета для этого вполне достаточно места и в крыле.

Таким образом, летные характеристики аппарата резко повышаются. И если что удерживает ныне конструкторов сухопутных самолетов от создания таких машин, так это необходимость «втискивать» их в параметры уже существующих аэродромов. На море же таких ограничений нет. Здесь без особых помех может быть существенно увеличен пробег самолета или экранолета при взлете и посадке – места в море хватит.

Экранолет – это летательный аппарат, который может передвигаться как в экранном режиме, то есть пользуясь воздушной «подушкой», которая возникает при полете «на экране» – в нескольких метрах над водой, так и обычным для самолета способом.

Отличительная особенность аппаратов, использующих для перемещения экранный эффект, – высокая экономичность и большая грузоподъемность. По расчетам конструкторов, максимальная нагрузка Б-2500 – около 1000 тонн, дальность полета – до 16 000 км, крейсерская скорость на экранном режиме – 450 км/ч, на высотном – 770 км/ч. Взлетать и садиться «Нептун» должен на воду. Правда, его планируется оснастить шасси, которое предназначено для выхода машины на гидроспуск для осмотра и перелетов на заводские аэродромы для ремонта.

Взлет с воды предполагается выполнять с помощью поддува – выхлопные газы двигателей, установленных по бокам передней части фюзеляжа, направляются под крыло, где образуется своеобразная газовая подушка, облегчающая отрыв от воды. Поэтому из 6 двигателей, предусмотренных на Бе-2500, 4 размещены в передней части фюзеляжа.

Самый легкий в мире отечественный вертолет соосной схемы Rotorfly, созданный в КБ «Ротор».

Вертолет Ка-32 демонстрирует свои возможности по спасению людей на море.

Проект сверхтяжелой транспортной амфибии Бе-2500.

По размерам экранолет сравним скорее с морскими судами, чем с самолетами. Размах крыла – 125,51 м, длина – 115,5 м. Для сравнения: аналогичные показатели у крупнейшего в настоящее время транспортного самолета Ан-225 «Мрия» – 88,4 м и 84 м соответственно. Расчетный разбег Бе-2500 для взлета – около 10 тысяч метров.

Основное назначение Бе-2500 бериевцы видят в трансокеанских контейнерных перевозках. Предполагается также, что «Нептун» станет летающим космодромом – платформой для доставки космических кораблей в верхние слои атмосферы экваториальной зоны Земли, а также будет участвовать в спасательных операциях на море, в разведке и добыче полезных ископаемых в зоне шельфов и архипелагов. Кроме того, гигантский экранолет сможет с самолетной скоростью перебросить в любую точку планеты целый полк, а то и дивизию.

Публикацию подготовил Владимир БЕЛОВ

Фото Николая ЯКУБОВИЧА

* * *

ИНФОРМАЦИЯ

ТАЙНЫ ЕГИПЕТСКОГО ТРЕУГОЛЬНИКА. Многих специалистов и любителей издавна интересует вопрос, как это строителям знаменитых египетских пирамид удавалось выдерживать строгие геометрические формы, не имея современных геодезических инструментов. Ответ на этот вопрос попытался найти изобретатель из г. Электростали Б.В. Лазарев.

По его мнению, в глубокой древности землемеры и строители Древнего Египта для построения прямого угла пользовались следующим приемом. Бечевку узлами делили на 12 равных частей, концы связывали. Затем бечевку растягивали на земле так, чтобы получился треугольник со сторонами 3, 4 и 5 единиц делений. Угол треугольника, противолежащий стороне (гипотенузе) с 5 делениями, получается прямым. Такой треугольник иногда называют египетским. Прямоугольный треугольник в большинстве случаев также является составной частью квадрата, куба, пирамиды, трапеции.

Наш соотечественник не ограничился лишь констатацией факта, но создал пособие, которое содержит перечень геометрических фигур с расчетными таблицами, где даны примеры практического применения геометрических свойств египетского треугольника. Пособие может быть полезно учащимся колледжей, студентам технических учебных заведений, а также проектировщикам, конструкторам, дизайнерам, модельерам.

РОЗЕТКА В КРОССОВКЕ. Так называется проект московских школьников, ставших недавно победителями конкурса «Идея без границ», который проводит межрегиональная общественная организация «Достижения молодых».

Суть идеи такова: энергию, которую вырабатывает человек при движении, можно превратить в электричество для подзарядки мобильников, плееров и другой электронной техники. Об этом позаботится особый механизм, который можно встроить как в одежду, так и в обувь. Поскольку идея пока не запатентована, то о ней мы воздержимся рассказывать подробно. Скажем только, что при серийном производстве такое зарядное устройство будет стоить весьма недорого.

ГАСИТЬ ВЗРЫВОМ низовые пожары предлагают ученые Томского госуниверситета. Новый способ тушения лесных пожаров – с помощью направленной взрывной волны – по словам профессора Анатолия Гришина довольно прост и эффективен. До подхода огня пожарные закладывают в грунт так называемый шнуровой заряд. Когда огонь подходит почти вплотную, заряд взрывают, и ударная волна разрушает фронт низового пожара.

ЗОЛОТО ИЗ ОТВАЛОВ. Оригинальную методику извлечения золота из отвалов на приисках разработали ученые Дальнего Востока. По словам руководителя Дальневосточного отделения РАН академика Валентина Сергиенко, сейчас в отвалы уходят многие тысячи тонн золота. Но вот чтобы добыть его, до недавнего времени не было соответствующих технологий, поскольку частички золота в отвалах имеют наноразмеры.

Ныне ученые разработали методы селектирования, основанные на сорбции, химических и физических методах обработки. С их помощью они планируют извлечь из отходов тысячи тонн драгоценного металла.

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Ловушка для антиматерии

Физикам Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) удалось создать и удержать в течение некоторого времени антиматерию. Это поможет исследователям разгадать одну из самых больших тайн Вселенной, пишет британский журнал «Нейчур». И далее приводит вот какие подробности.

В своей статье руководитель эксперимента Джеффри Хангст и его коллеги из ЦЕРНа сообщают, что им удалось воспроизвести в вакууме 38 атомов антиводорода. Некоторые из них просуществовали одну десятую долю секунды, что дало ученым возможность для их изучения. Для ученых, имеющих дело с частицами, живущими миллионные доли секунды, десятые доли – огромный интервал времени. Потому они с полным основанием считают это успехом.

Ученые ЦЕРНа синтезировали первый атом антиводорода в 1995 году. В 2002 году они же сумели создать тысячи атомов антиводорода, которые просуществовали несколько миллисекунд. Нынешние исследования велись на «Антиводородном лазерном физическом аппарате», или «Альфа». Ученые охладили с его помощью отрицательно заряженные антипротоны, которые представляют собой зеркальную версию ядра водорода, и держали под мощнейшим давлением в вакуумной камере. Затем они направили в камеру позитроны, представляющие собой античастицы электрона. В результате их взаимодействия образовалась антиматерия – антиводород.

Как подчеркивает «Нейчур», основная задача участников эксперимента – сравнить уровни энергии антиводорода и водорода для того, чтобы подтвердить, что антиматерия обладает такой же силой электромагнитного воздействия, что и материя.

Это предположение лежит в основании теории Большого взрыва, приведшего, по одной из версий, к образованию нашей Вселенной. Возможно, в основе самого Большого взрыва, произошедшего 13 млрд. лет назад, как раз и лежали реакции взаимодействия частиц материи и антиматерии.

Схема двигателя на антиматерии.

Дело в том, что при столкновении любой античастицы с частицей происходит реакция аннигиляции (от латинского annihilatio – «уничтожение», «исчезновение»). При этом обе реагирующие частицы и в самом деле исчезают, выделяя взамен огромное количество энергии – во много раз больше, чем, например, при термоядерной реакции.

Существование антивещества – материи, построенной из античастиц, было впервые предсказано еще в 1930 году английским физиком Полом Дираком. Он же предугадал, что антиматерия обладает огромным энергетическим потенциалом. Некоторые горячие головы тут же заговорили о создании аннигиляционных бомб. Однако для этого необходимо прежде всего иметь более компактные и дешевые установки для производства антиматерии, а также надежные ловушки-контейнеры для ее хранения.

Сейчас антиматерию хранят в так называемых «магнитных бутылках». Так на жаргоне физиков называются установки, где при помощи сильных электромагнитных полей античастицы удерживают от соприкосновения со стенками контейнера. Но пока это удается лишь на очень короткий срок – сотые или десятые доли секунды.

И все же исследователи надеются, что надежные ловушки со временем будут созданы. И тогда можно будет подумать о космических двигателях на антивеществе, о которых уже не раз писали фантасты.

Институт перспективных концепций аэрокосмического агентства США (НАСА) финансирует небольшую американскую компанию Positronics Research, расположенную в г. Санта-Фе. Она уже не первый год занимается разработкой и постройкой опытных устройств для работы с антиматерией. Не так давно ее сотрудники представили две новые схемы космических двигателей на антиматерии.

В принципе, для путешествия, скажем, к Марсу хватило бы нескольких десятых долей грамма антивещества, полагают сотрудники компании. Причем полет длился бы всего 45–90 суток в зависимости от времени старта и взаимного расстояния между планетами, которое периодически меняется. Дело, как говорится, за малым. Надо выбрать наиболее подходящий способ хранения антиматерии на борту и рациональный способ использования ее огромной энергии.

Исследователи компании считают, что топливом для кораблей будущего должны стать позитроны, а не антипротоны, как предлагалось ранее. Выбор этот обоснован так. При реакции аннигиляции материи и антиматерии рождаются гамма-лучи высокой энергии, что в случае пилотируемого аппарата потребует особых защитных экранов. Аннигиляция позитронов порождает гамма-излучение с энергией примерно в 400 раз меньшей, чем в случае использования антипротонов, что упростит защиту.

Предполагается, что энное количество позитронов (сотые доли грамма) можно наработать на земных установках и поместить в большое число миниатюрных магнитных капсул-ловушек. Капсулы эти по очереди, с определенной частотой направляют в реактор. В центре реактора силовое поле ловушки выключают, позитроны взаимодействуют с ее веществом и дают вспышку излучения, нагревающего специальный теплообменник. Через него пропускают водород, который, нагревшись, с большой скоростью истекает из сопла двигателя, обеспечивая тягу.

Часть горячего водорода отводится для привода насоса, а холодный водород из бака, прежде чем попасть в реактор, проходит через двойные стенки сопла – для его охлаждения.

Позитронный реактор мог бы дать удельный импульс в 900 секунд, сообщают исследователи. То есть на каждый грамм израсходованного за секунду рабочего тела (водорода) он дал бы 900 граммов тяги. Это примерно в 2–3 раза выше, чем у современных ракетных двигателей.

Второй вариант привода назван «Абляционный позитронный двигатель». Капсулы с магнитными ловушками, в которых хранятся позитроны, здесь еще покрыты слоем свинца. Свинец поглощает гамма-радиацию от аннигиляции и переизлучает этот поток энергии в виде рентгеновских лучей, от которых легче защититься. В частности, они будут поглощаться слоем специального покрытия сопла. Покрытие, постепенно испаряясь, и создает тягу.

Таковы перспективы. Но пока для осуществления этих планов физикам придется немало потрудиться.

С. НИКОЛАЕВ

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Вилка вместо пистолета, или зачем автомобилю электричество?

На недавнем Московском международном автосалоне (ММАС-2010), например, заметно выделялся городской транспорт завтрашнего дня – электроминикары, которые, по идее, должны занять промежуточное место между обычными автомобилями и мотоциклами. Обратить на них особое внимание инженеров заставили… статистики. Ведь они знают все, в том числе, кто, куда и как далеко ездит. Согласно статистике получается, что большинство автолюбителей пять раз в неделю совершают поездки из дома на работу и обратно, преодолевая расстояние порядка 50 км. Причем ездят в большинстве своем в одиночку или вдвоем.

А если так, то зачем, спрашивается, ставить в машине 4 кресла и стараться обеспечить электромобилю пробег, сравнимый с бензиновым авто, то есть 400–500 км без подзарядки? Ни к чему, получается, и создавать сеть электрозаправочных станций. В конце концов, розетка найдется в каждом офисе, в каждом доме, так что заряда батареи на 50–70 км вполне хватит. И со скоростью зарядки можно не спешить: ночь длинна, и рабочий день не так уж короток… Главное, чтобы аккумулятор был долговечен и выдерживал ежедневные подзарядки в течение, скажем, лет пяти.

При этом выяснилось, что такие аккумуляторы можно изготовить уже сегодня и они вовсе не так уж тяжелы и громоздки. Так что в машине хватит места и для них, и для электромотора, и даже для бензобака с двигателем внутреннего сгорания. ДВС может понадобиться водителю, если вдруг батареи сядут во время, скажем, поездки за город. Кроме того, если добавить к такому двигателю еще и электрогенератор, который есть сейчас во многих машинах, то подзарядку аккумуляторов можно производить даже на ходу…

Известная японская фирма Honda представила в Москве новинку: Honda FCX Clarity – это первый в мире серийный автомобиль на водородных топливных элементах. Он питается от компактной, но мощной батареи топливных элементов Honda V Flow. В ней идет реакция между водородом и атмосферным кислородом, в результате чего вырабатывается электроэнергия, которая и приводит автомобиль в движение. Причем вместо вредных выхлопных газов в атмосферу выделяется только чистый водяной пар.

Инженеры «Хонды» разработали также компактную солнечно-водородную АЗС Honda Solar Hydrogen Station. Она позволяет заправить автомобиль прямо в гараже или во дворе вашего дома. Причем FCX Clarity полностью заправляется всего за 4 минуты и обладает запасом хода в 460 км.

Любопытная деталь: начиная с 2007 года компания Honda ежемесячно проводит семинары для всех желающих, посвященные проблемам и преимуществам силовых установок на топливных элементах. Особенно приветствуется посещение этих занятий… детьми – будущими потребителями новых технологий. По окончании семинара каждый юный участник получает именной сертификат о прохождении курса обучения.

В экспозиции концерна можно было увидеть и 3R-C – трехколесный одноместный электрокар, прототип компактного городского автомобиля будущего. Он оснащен прозрачным пластиковым колпаком, который накрывает водительское место во время стоянки, а во время движения превращается в обтекаемый защитный экран и обеспечивает водителю высокий уровень комфорта. Прочные борта капсулы безопасности защищают водителя 3R-C от травм во время боковых столкновений.

Такая конструкция – не единственная в своем роде.

Компания Toyota тоже продемонстрировала публичное индивидуальное транспортное средство PM (Personal Mobility). Управление здесь осуществляется при помощи двух джойстиков, расположенных справа и слева от водителя. Передние колеса могут поворачиваться почти перпендикулярно, что обеспечивает машине высокую маневренность. Автомобиль способен разворачиваться буквально на одном месте. Электромоторы при этом вращают задние колеса в противоположных направлениях, а каждое переднее колесо поворачивается на наиболее подходящий угол для разворота с минимальным радиусом.

Еще одна «изюминка» – изменение колесной базы.

Для быстрой езды, когда требуется повышенная устойчивость, машина удлиняется до 2650 мм при высоте 1215 мм. Когда же требуется припарковаться в городской тесноте, РМ становится короче и выше; машина вытягивается в высоту до 1855 мм, что дает хозяину возможность проще выбраться из машины через единственную дверь, расположенную спереди.

Не собираются отставать от японцев и европейцы. Так, новинка от Volkswagen – L1 – предполагает, что в обтекаемой хромированной капсуле пассажир будет размещаться за спиной у водителя, словно в боевом самолете. Модель и по внешнему виду напоминает летательный аппарат; в нее даже влезать надо с помощью специального трапа.

Первоначальная модель была разработана еще в 2002 году на основе одноцилиндрового ДВС. Ныне дизельный двигатель и электромотор, имеющий батарейное питание, объединены в гибридную силовую установку, способную дать машине скорость 100 км/ч при расходе 1,38 л топлива на те же 100 км пути. Причем весит кар почти как мотоцикл – 380 кг.

1. Honda 3R-C.

2. Renault Twizy ZE Concept.

3. Renault-DeZir.

4. Toyota PM.

Новинка от Renault, показанная на ММАС-2010, – Twizy ZE Concept. Это футуристический мотобайк на четырех колесах. Обладая размерами 2,3 м в длину и 1,1 м в ширину, машина занимает на дороге столько же места, как и обычный скутер, но развивает скорость до 75 км/ч. Пассажир опять-таки сидит прямо за спиной у водителя, а стеклянная крыша защищает обоих от непогоды.

Еще одна интересная особенность современных электрокаров: конструкторы предполагают, что при дальних путешествиях их можно будет загружать в багажные вагоны скоростных поездов и выгружать на станции назначения. Очень удобно: твои колеса всегда при тебе.

В самом деле, к тому, что автомобилисты вместе со своими железными «конями» пересекают реки, проливы, а то и моря на паромах, мы уже привыкли. Вскоре, возможно, столь же привычными станут груженные легковушками поезда и большегрузные автовозы.

Это решение имеет смысл. Ведь многие города задыхаются от автомобильных пробок. И специалисты лихорадочно ищут выход из положения. Одни предлагают надстраивать трассы городских железных дорог вторым этажом, по которому и пускать дополнительно автомобильные потоки (подробности см. в «ЮТ» № 6 за 2010 г.). Другие предлагают грузить легковушки в поезда вместе с пассажирами и везти их таким образом из пригорода почти до центра, разгружая автомагистрали.

Именно такой проект предлагает швейцарец Франк Риндеркнехт. По его мнению, вскоре между многими городами будут курсировать примерно такие же поезда, как ходят по подводному туннелю через Ла-Манш. Ведь там они перевозят не только людей, но и автомобили. При этом на железнодорожном перегоне можно будет подзарядить свой электрокар через специальную розетку в вагоне. Для таких комбинированных путешествий Риндеркнехт сконструировал Ultimate Commuter (или UC?).

Не все, впрочем, так просто. В названии машины не случайно стоит вопросительный знак. Дизайнер понимает: чтобы в полной мере реализовать его выдумку, придется перестроить платформы на станциях, расширить турникеты, снабдить вагоны широкими сдвижными дверьми, организовать в них места для машин таким образом, чтобы любая могла выехать на любой станции. Либо повесить на вагоны таблички: этот от Москвы до Питера, а тот до Бологого…

Чтобы занять водителя, ставшего пассажиром, во время путешествия по железной дороге, каждый UC? оборудован широкополосным доступом в Интернет – работайте или развлекайтесь на здоровье.

Зарядить литиево-ионные батареи UC? на предстоящий пробег в 50 км можно за 20 минут с помощью 3-фазной сети. А при подключении к обычной домашней розетке на это потребуется около двух часов. Скоростные качества мобиля вполне пригодны для езды по городу: машина разгоняется до 50 км/ч за 4,1 с, а при желании на ней можно выжать и все 120 км/ч.

Пока разработаны две основные версии UC? – обычная Ultimate Commuter и специальная одноместная Unlimited Commuter, предназначенная для развозчиков пиццы, почтальонов и курьеров.