Текст книги "Юный техник, 2001 № 08"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 6 страниц)

ПОЛИГОН
«Эриксон», или двигатель-надежда

В конце XVIII – начале XIX века многие страны прошли через эпоху справедливейшего мироустройства. Основу производства составляли мелкие мастерские. Трудился в такой мастерской обычно сам хозяин и его семья, лишь изредка брали работника со стороны. В отношениях между мастерскими господствовали честь и совесть. Трудолюбивые и умные богатели.

Идиллия была сметена фабричным производством, завалившим рынок дешевым товаром. Миллионы ремесленников пошли по миру. Горячие головы, чтобы сохранить сложившийся уклад, задумались о революции. Другие начали искать более тонкое решение, рассуждая так: что делает фабричную продукцию столь дешевой?

Паровая машина. Для ремесленника она слишком дорога. Однако, если дать ему маленький дешевый двигатель, то он за себя еще постоит!

Первым такой двигатель попытался создать в 1816 году Роберт Стирлинг, министр по делам церкви Шотландии.

Работал двигатель за счет расширения воздуха при нагревании. Вместе с братом Джеймсом, Р. Стирлинг работал над своим детищем на протяжении шестидесяти (!) лет, но успеха не добился. Сказалась нехватка технических знаний. Лучше подготовлен оказался офицер шведской армии, инженер Джон Эриксон, изобретатель винтовых пароходов и броненосных судов, конструктор паровозов.

Уже в 1833 году он установил в Лондоне воздушный тепловой двигатель мощностью в пять лошадиных сил.

От двигателя Стирлинга этот мотор отличался конструктивно. Был прост в изготовлении и выпускался в разных странах почти столетие. Топливом для «эриксона» служило все, что могло гореть: светильный газ, дрова, даже мусор. Стоило зажечь огонь, и через пару минут двигатель начинал работать. (Паровым машинам на это требовался час.)

При самом скромным уходе «эриксоны» работали десятки лет и, конечно, ремесленники охотно их покупали. Увы, спасти «золотой век» кустарного производства не удалось.

Но не двигатель Эриксона, конечно, тому виной. Машина настолько оригинальна, что используется и в наше время.

Рассмотрим вкратце принцип его работы (рис. 1).

Рис. 1

Сначала насос закачивал в резервуар воздух. Отсюда он попадал в рабочий цилиндр, дно которого подогревалось огнем топки. Воздух нагревался, расширялся и толкал поршень. А при обратном ходе поршень выталкивал его в атмосферу. Однако, выпустить воздух горячим означало даром выбросить тепло, ради которого сжигалось топливо.

Не выпускать его – вал не сможет вращаться. Джон Эриксон блестяще разрешил это противоречие, заставив воздух перед выходом в атмосферу пройти через регенератор – пакет металлических сеток. Им он отдавал запасенное тепло и выходил уже холодным. Следующая порция воздуха попадала в цилиндр, проходя через нагретый уже регенератор. Потому тепла для ее нагревания в цилиндре требовалось меньше.

Управлял потоками воздуха кран-золотник. Когда его канал занимал вертикальное положение, воздух, пройдя регенератор, уходил в атмосферу. При горизонтальном положении золотника воздух выходил из резервуара, шел через регенератор в другом направлении, нагревался и поступал в рабочий цилиндр.

Неудивительно, что «эриксоны» получились очень экономичными. Изобретатель полагал даже, что правильно сделанному двигателю топливо требуется лишь для запуска, а дальше он сможет работать за счет тепла, запасенного в регенераторе, и свою работу он называл первым удачным решением проблемы вечного движения.

Это было заблуждение. В то время еще не было известно о превращении теплоты в работу. Между тем часть тепла в любом двигателе обязательно в нее превращается.

Регенератор же мог сберечь лишь то, что осталось – неиспользованную часть тепла и всего лишь понижал расход топлива.

В 1852 году Эриксон решил построить воздушную тепловую машину мощностью в 1000 л.с. для корабля «Эриксон». Она имела четыре цилиндра с диаметром поршней 4,2 м при ходе 1,5 м и работала со скоростью девять оборотов в минуту. В нью-йоркской газете «Дейли таймс» от 12 января 1853 г. описано, как корреспондент поднимался и опускался, стоя на поршнях этого монстра. Мощность машины достигла лишь 220 л.с., а расход топлива оказался даже больше, чем у паровых машин. На сей раз даже блестящему практику Д. Эриксону не хватило теоретических знаний. Его попытка пересечь океан закончилась неудачей из-за поломки двигателя.

С тех пор не строили воздушные тепловые машины большой мощности. Одна– две лошадиные силы для привода станка или водяного насоса, несколько десятков ватт для настольного вентилятора – вот мощности, где их применяли.

Однако наличие золотника и клапанов сильно усложняло машину. Оставив в ней все ценное, что разработал Эриксон, последующие изобретатели добавили к ней так называемым вытеснитель – элемент, разработанный еще Стирлингом.

Получился простой и надежный двигатель совсем без клапанов. На рисунке 2 приведена схема его демонстрационной модели.

Она имеет рабочий цилиндр и сообщающийся с ним особый цилиндр, в котором происходит нагревание и охлаждение воздуха. Дно его подогревается горелкой, а верхняя крышка охлаждается водой. В этом цилиндре и перемещается вытеснитель – цилиндр, расположенный внутри основного, с зазором между стенками. Когда он движется вниз, воздух, касаясь раскаленного дна, нагревается, расширяется. Происходит рабочий ход.

Когда рабочий цилиндр выталкивает воздух, вытеснитель идет вверх, и воздух охлаждается, соприкасаясь с верхней холодной крышкой. При этом воздух передает свое тепло вытеснителю, и он становится регенератором.

Рабочий цилиндр модели можно изготовить из куска латунной трубки, а вытеснительный цилиндр – из консервной баночки от детского питания. Ее прочно заделанное дно выдержит высокую температуру горелки. Сам вытеснитель сделан из дерева. Его верх и низ обшиты тонкой листовой медью. Охлаждаемая крышка вытеснительного цилиндра припаивается после установки вытеснителя.

В весьма обстоятельной книге С. Баранова «Действующие модели тепловых машин», ОНТИ, 1936 г., модель воздушного теплового двигателя рассматривается как очень простая, потому, видимо, ей отведено лишь несколько страниц без рабочего чертежа. Изготовление модели следует начать с вычерчивания эскиза в масштабе применительно к размеру имеющихся заготовок. Коленчатый вал делается из стали-серебрянки диаметром 4–6 мм. Для этого на стержень напаяйте щеки кривошипов (рис. 3) со вставленными в них штифтами.

Части, показанные красным цветом, нужно выпилить. Кривошипы закрепляются под углом 90 градусов.

По принципу этой демонстрационной модели работают современные двигатели Стирлинга. Рабочим телом в них служит не воздух, а гелий под давлением 200–300 атмосфер. Благодаря этому они получаются легкими и компактными, а по экономичности сравнимы с дизелями. Ожидается, что «стирлинг» может стать идеальным, экологически чистым и бесшумным двигателем для автомобиля.

Однако, несмотря на сотни миллионов долларов, истраченных США на его разработку, пока имеются лишь экспериментальные образцы.

Если вас всерьез заинтересует эта проблема, найдите изданную в 1985 г. книгу Г. Уокера «Двигатели Стирлинга». Не исключено, что и сегодня «стирлинг» ждет своего Эриксона, и модель станет вашим первым шагом на этом пути.

А. ИЛЬИН, рисунки автора.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Спой дуэтом с рок-звездой!

Петь могут многие, но музыкальное сопровождение всегда проблема. Недавно появилось «караоке». Это некий двухканальный магнитофон, в который вставляется лента с записью музыки, чистая лента, и подключается микрофон. Певец через наушники слушает сопровождение и поет. Запись его голоса вместе с музыкальным сопровождением появляется на ленте. Подобные устройства описывались в нашей литературе еще тридцать лет назад. На нашем рынке они появились в зарубежном исполнении и за непомерную цену. Однако, почти тот же результат можно получить иначе, если включить магнитофон на воспроизведение, а к его головке подвести сигнал от микрофона. Тогда на имеющуюся запись наложится голос певца. (Звуковое сопровождение не должно попасть в микрофон. Его нужно слушать через наушники.) Учитывая высокую плотность монтажа в обычном плеере, проще для этих целей переделать старый кассетный магнитофон, например, «Легенда-404».

На рис. 1 изображена схема доработки его входной цепи.

Рис. 1

Как известно, в таком режиме воспроизводящая головка В1 присоединена к входному каскаду на транзисторе VT1, а гнезда XS1 для подключения микрофона разобщены со входом. А чтобы микрофон работал вместе с магнитной головкой, нужно создать временный путь для сигнала микрофона, в обход штатного переключателя режимов.

Сигнальные гнезда 1, 4 микрофонного разъема XS1 (найти их легко) соедините проводничком с базой транзистора VT1, отыскать который также не составит большого труда.

В новую цепочку нужно ввести два элемента – разделительный конденсатор С1 и выключатель SA1. Использование последнего предотвратит образование в некоторых случаях паразитных связей. Если выходное напряжение сигнала динамического микрофона ВМ1 (например, МД201) маловато, его можно выровнять с микшером, известным в радиолюбительской практике (рис. 2).

На его входной разъем X1 направьте сигнал микрофона напрямую, а на разъем Х2 нужно подать сигнал магнитозаписи, снятый с линейного выхода магнитофона. Переменными резисторами R1, R2 микшера можно установить желаемые уровни сигналов, которые после резисторов R3, R4 в смешанном виде поступят на общий регулятор из цепочки R5, R6. Отсюда их можно подать на вход усилителя мощности звуковой частоты, например, имеющийся в бытовом радиоприемнике.

Ну, а как быть, если хочется попеть под аккомпанемент грамзаписи? Здесь, для реализации того же принципа наложения сигналов можно немного доработать усилитель распространенного электрофона «Аккорд» (рис. 3).

Помимо штатного пьезоэлектрического звукоснимателя В1 со своим регулятором уровня, к входному каскаду на транзисторе VT1 присоединен сигнальный вывод электретного микрофона марки МКЭ-3. Последовательно с ним включен резистор R1, препятствующий шунтированию высокоомных входных цепей электрофона.

Питание микрофона напряжением 3… 6 В берется от цепи питания входного каскада усилителя.

Соотношение входных сигналов регулируется переменным резистором на выходе звукоснимателя, а уровень смешанного сигнала – регулятором громкости усилителя электрофона. Все упомянутые самоделки некритичны к выбору типов радиоэлементов, поэтому останавливаться на вопросе комплектации не стоит.

К установке уровней сигналов голоса самодеятельного певца и записи следует подходить творчески. Самый простой способ – петь соло под «чистую» инструментальную запись; если же используется запись певца с оркестром, следует сопоставить ваши вокальные диапазоны. Так, при известном сходстве голосов, некоторое превышение вашего сигнала (с микрофона) практически вытеснит звучание голоса в записи, и слушатели воспримут это как ваше сольное исполнение. Если же голоса разнохарактерны – например, один низкий мужской, второй высокий женский – лучше установить примерно одинаковые уровни; так можно имитировать дуэт, скажем, с популярной рок-звездой.

Поскольку заниматься регулировкой уровней «складываемых» сигналов исполнителю у микрофона несподручно, лучше пригласить помощника. Ему, отстраненно воспринимающему звучание, проще обеспечить рациональную дозировку сигналов для получения наиболее выразительного результата.

… Узнаю я их по голосам

Дом становится все более совершенным, но одновременно все более сложным и уязвимым. Скромную городскую квартиру неожиданная протечка, не вовремя открытое окно, даже подгоревшая сковорода могут поставить на грань катастрофы. В ней много машин, требующих надзора, ибо одни без него могут просто испортиться, другие же и вовсе понаделают бед. Еще больше проблем в сельском доме. Его многочисленному «населению» – от морковки с картошкой до кур и собак – пригляд необходим постоянно. Давно известно, что часть контрольно-надзорных функций можно переложить на всевозможные датчики. Они прекрасно сигнализируют о сухости почвы и о протечках, о нехватке корма в курятнике и об излишке дыма на кухне.

Когда речь идет о солидной ферме или о гостинице, то сигналы всех датчиков выводят на экран. Но «хоромы», в которых живет большинство наших читателей, не столь велики, чтобы тратится на компьютер.

Однако можно сделать так, чтобы физически одинаковые команды датчиков – скажем, замыкание той или иной сигнальной электрической цепи – производили звуки с отчетливо различной тональностью, каждая из которых «приписана» определенному объекту. Один из вариантов исполнения подобного устройства показан на рисунке.

Устройство собрано на микросхеме DA1 и нескольких дискретных элементах и связано токопроводными линиями с «датчиками непорядка», условно изображенными в виде контактных замыкателей SA1… SA3. С выхода устройства сигналы подаются на усилитель звуковой частоты (не показан) и озвучиваются динамической головкой. Чтобы не усложнять устройство несколькими – по числу объектов контроля – генераторами разных звуковых частот, имеется всего один генератор с фиксированной частотой, выдающий сигнал в форме прямоугольных импульсов. Такой сигнал содержит набор гармоник – синусоидальных составляющих, частоты которых равны или кратны частоте генератора.

Частотозадающие цепи генератора построены на элементах R2, С1 и R3, С2. Этот набор гармоник через конденсатор С3 подается на перестраиваемый активный фильтр, в цепи обратной связи которого имеются RC элементы, образующие двойной Т-образный мост – R5, R6, С4 и С5, С6, R10…R13. Соответственно настроенные переменные резисторы R10…R12 в цепях связи с датчиками SA1…SA3 позволяют совместно с R13, при срабатывании одного из датчиков, получать различные частотные настройки активного фильтра, пропускающие для дальнейшего усиления соответствующую гармонику генератора.

Чтобы фильтр имел узкие полосы пропускания и четко различал гармоники, его добротность должна быть достаточно высока; для этого к выходу фильтра через конденсатор связи С7 присоединен каскад с относительно высоким входным сопротивлением, собранный по схеме эмиттерного повторителя. С нагрузки последнего R7 снимается действующий в данный момент тональный сигнал, который подается на усилитель 3Ч. Им может послужить УЗЧ старого транзисторного приемника со встроенной динамической головкой. При указанных на схеме параметрах частотозадающих цепей генератора, его частота и частота первой гармоники составляет около 400 Гц. Конструкция устройства может быть выполнена с использованием постоянных резисторов типа MЛT-0,125, переменных СП-0,4 или подобных им, конденсаторов КЛС. Для связи блока с датчиками можно применить малозаметный и удобный в прокладке двужильный провод, используемый для внутренних телефонных и радиотрансляционных проводок. В роли датчика при дверях, других подвижных конструкциях можно взять миниатюрные микропереключатели; «распознавателями» появления воды послужит пара электродов из оголенною луженого провода. На повышенную температуру реагируют термобиметаллические элементы, узлы с легкоплавкими токопроводящими составами типа сплава Вуда, или с легкоплавкими изолирующими вставками между пружинно сближаемыми контактами.

Электропотребление устройства составляет всего несколько миллиампер, а общее потребление сигнального устройства будет определяться мощностью примененною усилителя 3Ч. Поскольку основное время система работает в режиме ожидания, при маломощном УЗЧ питать ее можно от батареи гальванических элементов. Для сравнительно мощных усилителей потребуется сетевой адаптер. На случай обесточивания осветительной системы, в качестве резервного источника можно исполосовать батарею с напряжением, на 0,5… 1 вольт ниже напряжения адаптера. Последовательно с батареей нужно включить диод, благодаря которому в нормальных условиях батарея будет заперта. Диод лучше взять германиевый, типа старых Д7А…Д7Ж – в проводящем состоянии падение напряжения на них меньше, чем у кремниевых.

И еще одно замечание: настройку фильтра резисторами R10…R12 на слух можно проводить и без усилителя, присоединив к выходу высокоомные головные телефоны типа ТОН-2, ТА-56А. Настройку ведите при временно закороченных концах линий, присоединенных к датчикам.

П. ЮРЬЕВ

Фотоснимок телесюжета

Глядя на экран телевизора, нередко испытываешь желание запечатлеть неповторимый кадр на фотоснимке. Казалось бы, что может быть проще, чем «щелкнуть» фотокамерой, нацеленной на телевизионный экран? Проблема лишь в том, что на пленке скорее всею получится лишь кусок кадра. Почему?

В нашем телевидении изображение складывается из 625 строк, и сменяется с частотой 25 кадров в секунду, то есть длительность показа одного кадра составляет 0,04 с. При этом, кадр возникает не сразу весь, а построчно рисуется разверткой. Изображение целиком мы видим благодаря инерции зрения, маскирующей изображения отдельных узеньких строк. А «мыльница» обычно работает со скоростью электронного затвора, раскрывающегося на 1/100 и даже меньше секунды. Ясно, что за это время телевизионное изображение успеет прорисоваться лишь на 1/4 высоты экрана, остальное пространство которого окажется в фотокадре непроницаемо черным.

Чтобы телевизионный кадр был запечатлен полностью, нужно всего лишь, чтобы затвор аппарата работал со скоростью 1/20… 1/30 с.

Так могут работать очень дорогие современные автоматы или практически любые камеры с механическим затвором – от новейшего отечественного «Зенита-312М» до старого аппарата «Смена-8М». Как может получиться на фотоснимке целый кадр телеизображения, если затвор, не синхронизированный с разверткой телевизора, откроется где-то в середине проекции телевизионного кадра – ведь на фотопленку попадет лишь часть изображения, как схематически показано на рис. 1,а? Поскольку затвор остается еще открытым, камера сумеет «увидеть» недостающую часть изображения, выстраивающегося на следующем телекадре, практически не отличающемся от предыдущего (рис. 1,б). А поскольку оба фрагмента попадут на фотопленку, там получится нормальное, полное изображение, как показано на рис. 2.

Рис. 2

Снимая с телеэкрана современной камерой, не следует забывать о встроенной фотовспышке: ее срабатывание создаст на стекле телеэкрана яркий блик, способный «забить» полезное изображение. Поэтому перед спуском затвора нужно нажать кнопку, блокирующую срабатывание фотовспышки. Для получения полноценного снимка, немалую роль играет положение самой фотокамеры относительно экрана. Чтобы на кадре не искажались пропорции, нужно обеспечить совпадение оптических осей объектива камеры и экрана (рис. 3).

Для хорошей проработки цветов изображения следует использовать цветную негативную пленку чувствительностью 200…400 единиц ISO.

Ю. Прокопцев

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

«Я занимаюсь в спортивной секции тяжелой атлетики. Расскажите немного об истории возникновения атлетизма в нашей стране».

Кирилл Бадмаев, 13 лет

Таджикистан

В конце XIX – начале XX веков атлетизм был массовым увлечением. Боролись и выступали с атлетическими номерами повсюду: в знаменитом по тем временам петербургском цирке «Модерн», в саду общества «Попечительства о народной трезвости», в юродских театрах Одессы и Ставрополя, в многочисленных балаганах, колесивших по всей России. С легкой руки знаменитого по тем временам атлета И.В. Лебедева чемпионаты французской классической борьбы превратились в яркие театральные зрелища. В чемпионатах выступал и наш легендарных! Иван Поддубный.

30 января 1897 года открылось петербургское общество атлетики. Начинают издаваться спортивные журналы «Спорт», «Геркулес», «Русский спорт».

Атлетизм был популярен в самых разных слоях общества. Атлет и борец Иван Заикин – один из первых русских силачей, был к тому же и авиатором. Атлет и борец И.Т. Мясоедов был по профессии художником, оформлял журнал «Геркулес». Знаменитый американский изобретатель Томас Эдисон был увлечен французской борьбой. Однажды его запечатлели на фотографии рядом с родоначальником культуризма, атлетом Е. Сандовым, которому в 1911 году король Англии Георг V присвоил даже звание профессора физического развития.

Женщины тех времен также выходили на борцовские ковры, выступали на тяжелоатлетических помостах, демонстрировали телосложение в конкурсах. Знаменитая по тем временам Марина Лурс считалась сильнейшей женщиной России. Лежа на спине, она 32 раза выжимала ногами на штанге двух мужчин (общий вес вместе со штангой 184 кг)! Ногами на специальном «коромысле» свободно поднимала 9 человек. Легко жонглировала двухпудовыми гирями и поднимала двумя руками в толчке вес 80 кг.

Большим успехом у публики пользовалась бельгийка со сценическим именем Атлета. Она легко носила на вытянутой руке своего мужа, а на плечах – четырех мужчин.

Марина Лурс на цирковом манеже.

Рекордный трюк Атлеты.

Друзья по переписке

«Я живу в небольшом городке, но все же у меня есть компьютер на базе процессора Пентиум. Проблема в том, что почти не с кем обсудить вопросы, связанные с компьютером. Очень хотел бы переписываться с ребятами, у которых тоже есть компьютеры».

Серегин Андрей

652160, Кемеровская обл., г. Мариинск, ул. Советская, д. 1, кв. 16

«Ребята, кто знает, как постоянный ток превратить в переменный? Пишите!»

Иван Андрейчук

690042, Приморский край, г. Владивосток, б/х Горностай, д. 36/11, кв. 5