Текст книги "Юный техник, 2001 № 09"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Самолеты этой фирмы пользуются огромной популярностью не только в США, но и во всем мире. Многие зарубежные заводы собирают их по лицензии. Секрет же успеха в необычайной надежности, удобстве эксплуатации и высоких полетных качествах этих машин. В основном они предназначены для небольших путешествий. И незаменимы в качестве транспортного средства для бизнесменов и других достаточно обеспеченных людей. Первый полет «Чессны 421» состоялся в октябре 1965 года.

Техническая характеристика:

Экипаж… 1–2 чел.

Количество пассажиров… 4–5 чел.

Двигатели… 2 х KTW68LA

Мощность… 275 кВт

Ширина… 12 000 мм

Длина… 10 300 мм

Высота… 3500 мм

Стартовый вес… 3084 кг

Скорость… 375 км/ч

Потолок… 7900 м

Первый советский автобус, имеющий пневматическую подвеску, обеспечивающую комфорт пассажирам. Для удобства работы водителя трансмиссия имеет гидротрансформатор с автоматической коробкой передач. Кузов – цельнометаллический полунесущий с тремя дверями: две широкие слева для пассажиров и одна для водителя справа. Большие лобовые стекла обеспечивают водителю прекрасный обзор. На базе «ЛиАЗ-677» создана масса модификаций.

Техническая характеристика:

Вес… 8435 кг

Число мест:

для сидения… 25 чел.

общее… 80 чел.

в час «пик»… 110 (!) чел.

Максимальная скорость… 70 км/ч

Тормозной путь со скорости 60 км/ч… 36,7 м

Двигатель… ЗИЛ 375Я7

Мощность… 180 л.с.

ПОЛИГОН

АВП на письменном столе

В 1959 году на страницах журналов появились фотографии английского аппарата на воздушной подушке «Ховеркрафт». Его способность с равным успехом двигаться как по воде, так и по земле, даже не приминая травы, потрясала. Появились проекты паромов, океанских судов на воздушной подушке. Ожидалось, что такие аппараты заменят автомобили (рис. 1).

Рис. 1

Многие историю аппаратов на воздушной подушке (АВП) ведут с «Ховеркрафта». Но дело обстояло совсем не так.

В 1934 году директор Новочеркасского авиационного института В.И.Левков по распоряжению С.Орджоникидзе был переведен на должность профессора для продолжения своих работ по созданию нового вида транспорта, начатых еще в 1927 году. Уже весною 34-го в специально построенном бассейне продемонстрировали АВП весом 6 кг (рис. 2) с двумя электромоторами по 360 Вт.

Рис. 2

Они вращали винты диаметром 0,8 м. Моторы крепились к корпусу шарнирно. Изменяя их угловую установку, изобретатель продемонстрировал способность аппарата двигаться во всех направлениях, даже боком, подобно крабу, чего не может ни одна транспортная машина.

Модель прекрасно летала, поднимаясь над водою на 0,2–0,3 м. Комиссия, в которую входили командующий ВВС Я.И.Алкснис, профессор Б. Н. Юрьев и авиаконструктор А.Н.Туполев, приняла решение о необходимости продолжения работ в этом направлении. Летом 1935 года АВП Л-1 массой 1,5 т был успешно испытан на Плещеевом озере. В 1937 году был построен аппарат Л-5 массой 8600 кг, показавший скорость 131 км/ч (рис. 3).

Рис. 3

А вслед началось строительство серии АВП Л-5с массой 11 300 кг и двумя моторами мощностью по 1000 л.с. Аппараты были просты в управлении, хорошо маневрировали как над морем, так и над сушей, легко преодолевали болота, прибрежные отмели и низкорослый кустарник.

А теперь сравните. «Ховеркрафт» имел массу 3,9 т. Только лишь после установки дополнительного реактивного двигателя с тягой 400 кг он развил 90 км/ч. Расход топлива на единицу массы у него получился в 3–4 раза больше, чем у Л-5с.

Несколько машин конструкции Левкова вошло в состав дивизиона торпедных катеров Балтийского флота. А в 1938 году одну из них решили использовать для снятия папанинцев с дрейфующей льдины. Предполагалось доставить его туда на борту ледокола «Ермак». Однако когда Л-5 шел из Кронштадта к ледоколу, то наскочил на ледяной торос, получил сильное повреждение и участия в операции принять не смог. К сожалению, все наши АВП были уничтожены немецкой авиацией в первые дни войны.

Работы над ними возобновились после ее окончания, и, воспользовавшись уже имеющимся заделом, были получены самые совершенные в мире АВП. Вот один из них (рис. 4) – десантный аппарат «Зубр».

Рис. 4

Его взлетный вес 550 т. Максимальная скорость 130 км/ч, крейсерская – 100. Запас топлива в 56 т позволяет доставлять за 500 км десять бронетранспортеров, либо три танка, либо 360 человек десанта. Оборонительное зенитное вооружение аппарата – две скорострельные пушки, четыре переносных ракетных комплекса «Игла-М». Корабль может поддерживать десант огнем «Катюш».

Аппараты, движущиеся на воздушной подушке, подразделяются на два типа. В одних воздушная подушка создается потоком воздуха от вентилятора. Их называют статическими. Именно над ними в 30-е годы работала группа Левкова. Высота подъема корпуса таких аппаратов над поверхностью прежде всего зависит от мощности вентилятора. Однако в образующуюся при подъеме щель интенсивно вытекает воздух. Для борьбы с этим явлением предложены специальные ограждения из гибких материалов и даже из воздушных и водяных струй. АВП такого типа могут двигаться над поверхностью с самой малой скоростью и даже зависать неподвижно. Для движения же в горизонтальной плоскости в них используется реактивная тяга струи воздуха, который берется от главного вентилятора и выпускается через специальное сопло.

В машинах больших размеров для этих целей применяются специальные воздушные винты и реактивные двигатели.

Другой тип АВП основан на динамическом способе создания воздушной подушки. Еще на заре авиации отмечали, что подъемная сила крыла у поверхности воды или земли заметно возрастает. Этот эффект, названный экранным, используется в особого рода низколетящих самолетах – экранопланах. Но эти очень интересные аппараты заслуживают отдельного рассмотрения.

А теперь поговорим о моделях аппаратов на воздушной подушке.

Для того чтобы продемонстрировать свойство статической воздушной подушки, достаточно к перевернутому ящику подсоединить нагнетательный шланг пылесоса. Если пол и кромки ящика настолько ровны, что зазор не превышает нескольких миллиметров, можно получить подъемную силу, равную весу человека, и даже немного покататься на таком бесколесном аппарате. У некоторых холодильников внизу устроен специальный цоколь с гнездом для шланга.

Хотите передвинуть, присоединяйте пылесос – и тяжеленную махину сдвинет даже ребенок.

На рисунке 5 схематическая демонстрационная модель АВП, склеенная из тонкого 2 – 3-мм пенопласта[1]1
  Рисунок взят из книги Ежи Беня «Модели и любительские суда на воздушной подушке». Ленинград, 1983.


[Закрыть].

Рис. 5

На ней установлен пропеллерный вентилятор, приводимый в движение электромотором от старой игрушки. Он питается напряжением постоянного тока 12 В по проводам. Модель неплохо движется на полированной поверхности стола.

Несколько замечаний по ее устройству и изготовлению.

Как показывает опыт, такие модели можно сделать из чертежной бумаги. Детали, которым заранее придана устойчивая форма, могут склеиваться встык клеем ПВА. Винт модели размещен в кольце, что повышает эффективность его работы. Однако диаметр кольца и диаметр винта должны отличаться не более чем на 2–3 мм. Винт имеет деревянную бобышку, в которой под 45 градусов к оси сделаны прорези, – в них вклеиваются бумажные лопасти. Концы лопастей должны иметь наклон примерно 10 градусов к плоскости вращения.

Создаваемая винтом струя воздуха может привести к вращению корпуса модели. Поэтому в ней установлен «спрямляющий аппарат», состоящий из криволинейных, изогнутых полос. Сталкиваясь с ними, воздух успокаивается. и корпус модели остается неподвижным.

Обычно моторчики, применяемые в игрушках, работают от батареек напряжением 4,5 В. При питании напряжения же 12 В мощность двигателя возрастает почти в десять раз. Однако в этом режиме он сильно перегревается и может работать не более минуты. Полезно в его корпусе прорезать вентиляционные отверстия, через которые будет притекать воздух от винта.

Запуская мотор, будьте осторожны. Бумажные лопасти могут причинить болезненные порезы. Само собой, применение металлического винта абсолютно не допустимо!

А.ИЛЬИH

Парящие без опоры

Ничто так не поражает нас, как предмет, парящий без опоры. Ходят легенды о людях, имеющих дар левитации, полета на одном только усилии воли. Но, увы, никаких достоверных подтверждений этому нет. Поэтому рассмотрим проблему в рамках науки.

Вот простой опыт (рис. 1). Струя воздуха вытекает из шланга пылесоса, а в ней устойчиво парит и даже следует за движением шланга легкий мячик для пинг-понга. Шарик стал как бы пленником струи. Ее скорость по бокам меньше, чем в центре, а давление по закону Бернулли распространяется наоборот. Малейшее смещение шарика от оси приводит к рождению возвращающей силы. Таким образом, шарик находится в состоянии устойчивого равновесия. При помощи пылесоса можно заставить парить в воздухе и обычный детский шарик, оклеенный яркой бумагой. Это довольно красивое зрелище для всякого рода праздничных вечеров. Но поток воздуха слышим и осязаем, так что полет этот как бы ненастоящий.

Вот еще один известнейший опыт. Два керамических магнита, повернутых друг к другу одноименными полюсами. Верхний магнит как бы парит в воздухе. Однако необходимо, чтобы внутри был стержень. Пока стержень есть, равновесие устойчивое, но стоит его убрать – и верхний магнит тотчас переворачивается и притягивается к нижнему.

Можно ли обойтись без стержня – сказать трудно. Изобретатели надеются найти такую конфигурацию постоянного магнита, при которой кусочек железа или другой магнит мог бы устойчиво висеть в воздухе, не касаясь других тел.

Правоверные мусульмане убеждены, что гроб Магомета парит в воздухе, не касаясь стен пещеры, под действием магнита. Но как – вот в чем вопрос! По крайней мере, один человек знал, как это делается. Это был уроженец Польши, сын полковника прусской армии Антон Маркович Гамулецкий (1753–1850). Талантливый механик, он около пяти лет жил во Франции, был учеником самого Калиостро. Вернувшись после ареста своего учителя в Россию, в 1827 году Гамулецкий после почти двадцатилетней работы открывает в Петербурге на Невском проспекте своеобразный театр автоматов – «Механический кабинет». Среди прочих диковинок одна поражала более всего. Посетителей, поднимавшихся по лестнице, встречала фигура ангела в натуральный человеческий рост. Она парила над головами входящих, и каждый мог убедиться в том, что фигура не была подвешена или подперта снизу или с боков. «Десять лет, – пояснял Гамулецкий, – я трудился, чтобы найти точку и вес магнита и железа, дабы удержать ангела в воздухе» Однако никто опыт Гамулецкого пока повторить не может. Техника же добивается таких эффектов более сложными путями.

Вот одна из фантазий на эту тему, ставшая занимательной игрушкой, – магнитный волчок. Он сделан из кольцевого керамического магнита. Запускают его на столике, под которым лежит другой кольцевой магнит. Их полюса повернуты навстречу друг другу. Волчок раскручивают, а столик осторожно убирают. Волчок зависает в воздухе до тех пор, пока скорость его вращения способна помешать ему опрокинуться под действием сил магнитного поля.

Давно известно явление сверхпроводимости, когда при сильном охлаждении полностью пропадает сопротивление у некоторых металлов, например, свинца. Оказывается, положить магнит на кусок сверхпроводящего металла невозможно. Он обязательно зависнет на некотором расстоянии (рис. 2).

Рис. 2

Вызвано это тем, что приближающийся к проводнику магнит своим полем наводит в нем токи. Их направление таково, что они магнит отталкивают. В обычных проводниках эти токи мгновенно растрачиваются на нагревание, а в сверхпроводниках они остаются навечно, до тех пор, пока существует состояние сверхпроводимости.

Это явление используется для борьбы с трением в особо точных приборах. Но получать сверхпроводимость трудно, а вращение без трения и износа желательно для многих механизмов.

Многотонные валы турбин некоторых наших газоперекачивающих станций не имеют подшипников в обычном понимании этого слова. Они проходят через отверстия в корпусе, не касаясь его ни в одной точке.

Поддерживает их поле специального электромагнита. Такое состояние неустойчиво, но спасает дело чуткая система управления. Как только вал приближается к стенке слишком близко, она увеличивает ток в соответствующей обмотке магнита и возвращает его на место. Система очень надежна. Некоторые турбины работают с ней уже четвертый десяток лет без признаков износа вала.

И, наконец, последний, чисто школьный опыт, который, однако, наводит на серьезные размышления. В основе его катушка Томпсона с железным сердечником, набранным из отдельных пластин или стержней. На сердечник одевают металлическое кольцо и катушку подключают к сети переменного тока. Кольцо плавно взмывает вверх и повисает в воздухе (рис. 3).

Объясняется явление очень просто. По виткам катушки протекает переменный ток. Он создает переменное магнитное поле, что вызывает в кольце индукционный ток. Его поле всякий раз направлено противоположно полю катушки. И одноименные магнитные полюса кольца и катушки отталкиваются.

Кольцо не падает на катушку, но во время опыта сильно нагревается. Возможно, это подсказало немецким ученым в 1923 году идею устройства для плавки сверхчистых металлов. Дело в том, что материал сосуда для плавки (тигля) хоть и незначительно, но растворяется в металле. Для сверхчистых веществ это абсолютно недопустимо. И было предложено устройство для бестигельной плавки (рис. 4).

Пара катушек, по виткам которых протекает переменный ток, создает встречные магнитные поля. Брошенная между ними частица металла устойчиво парит между катушками, нагреваясь вихревыми токами, и расплавляется. Процесс может проходить в вакууме, поэтому какое-либо загрязнение вещества исключается. Этот метод нашел практическое применение для плавки полупроводниковых материалов.

Поле катушки Томпсона допустимо рассматривать и как сверхдлинную электромагнитную волну. Но тогда мы должны рассчитывать ее отталкивающее действие по формулам П.Н.Лебедева для светового давления и…получим величину, в миллион раз меньшую, чем наблюдаемую нами на практике! Но ведь формулы Лебедева проверены на опыте. Остается предположить, что школьный эксперимент указывает возможность иного типа взаимодействия электромагнитных волн с веществом. Когда силы взаимодействия значительно больше, чем наблюдаемые при обычном отражении или поглощении. Представьте себе, что прибор, чем-то похожий на катушку Томпсона, действует на сверхпроводящее кольцо и удерживает его на огромной высоте или даже выводит на орбиту! Над этим стоит подумать!

А.ИЛЬИН

Рисунки автора

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Чтобы лампы не перегорали

Чаще всего случается именно так – повернули выключатель, и тут вспышка, щелчок и – темнота. Отчего нити накала перегорают именно в момент включения? Дело в том, что сопротивление холодной нити раз в десять ниже ее сопротивления в накаленном состоянии, отчего в момент включения создается значительный бросок тока; мгновенно выделяется тепловая энергия, на порядок выше номинальной мощности. И если вы «угадали» щелкнуть выключателем в тот миг, когда сетевое напряжение достигает амплитудного значения, возникают электродинамические силы, способные разорвать перегруженную нить.

Нетрудно догадаться, что сохранить лампу помогло бы включение последовательно с лампой некоего токопроводящего элемента, начальное сопротивление которого существенно выше «холодного» сопротивления нити накала. По мере ее прогрева сопротивление «пускового» элемента должно падать до нуля, чтобы далее лампа нормально светила.

Как изменяется во времени сопротивление нити, показывает кривая 1 на рисунке 1.

Видно, что быстрый рост сопротивления нити происходит примерно через 0,03 секунды после подачи напряжения, а выход на близкий к номинальному уровень – примерно через 1 секунду. В качестве токоограничителя R1 еще несколько лет назад у нас была разработана кремниевая «таблетка» массой 0,007 г с начальным сопротивлением 110 Ом. Ее Ом-секундная характеристика изображена на рисунке 1 кривой 2.

Характер изменения общего сопротивления «таблетки» и нити 100-ваттной лампы ELI иллюстрирует кривая 3 на том же рисунке. Поскольку общее начальное сопротивление возрастает вчетверо, во столько же раз снижается ток, чем значительно облегчается «стартовый» режим работы лампы. Кремниевые токоограничители можно монтировать как внутри ламповой колбы, так и встраивать в токопроводящий патрон. Как показал эксперимент, «таблетки» увеличивают срок службы ламп накаливания до двух лет. Однако «таблеток» пока нет, и вряд ли они скоро появятся в продаже. Продлить век ламп накаливания могут несложные токоограничители из доступных электронных узлов. Принципиальная схема одной из подобных конструкций приведена на рисунке 2.

Устройство может быть выполнено в виде приставки, монтируемой внутри подставки настольной лампы или корпуса бра. Здесь функцию резистора с переменным сопротивлением, включенным последовательно с лампой ELI, выполняет тринистор VS1, включенный за выпрямителем VD3.

Импульсную команду на управляющий электрод тринистора подает аналог однопереходного транзистора, построенный на доступных биополярных транзисторах VT3, VT4.

Плавное, в течение 5…10 секунд нарастание тока лампы (и яркости ее свечения) задается цепочкой R1, C1; растущее на конденсаторе С1 напряжение постепенно приоткрывает составной транзистор VT1, VT2, все более ускоряя моменты срабатывания пары VT3, VT4 и отпирания тринистора.

Не исключено, что в перспективе может найти место необычный метод первоначального ограничения тока ламп, используя аналоги самовосстанавливающихся предохранителей типа MF-R, MF-S, выпускаемых фирмой Bourns. Они имеют небольшое сопротивление при номинальном токе, но уже при пятикратном броске тока их сопротивление возрастает до нескольких мегом. На рисунке 3 видно, что для защиты нити лампы предохранитель FU1 включается параллельно ей.

Рис. 3

Начальный бросок тока проходит через элемент FU1; по мере роста его сопротивления все большая часть тока ответвляется в лампу, постепенно ее накаливая.

После выключения светильника выключателем SA1 самовосстанавливающийся предохранитель возвращается в исходное состояние и вновь готов к срабатыванию. Вероятно, для ограничения всплеска тока в питающей сети понадобится ввести в нее индуктивное сопротивление Z1, падение напряжения на котором в нормальном режиме лампы весьма невелико.

Стоит обратить внимание, что проблема, о решении которой шла речь, связана со скачкообразной подачей напряжения на лампы накаливания. А что, если отрешиться от этого стереотипа и включать светильник не щелчком выключателя, а плавным поворотом ручного регулятора? Реальную возможность такого способа сохранения лампы дает специализированная микросхема (рис. 4) DA1 типа ГРН-1-220.

Последняя представляет собой симисторный фазоимпульсный регулятор напряжения, который позволяет плавно изменять напряжение на лампе и ее ток в пределах 0…97 % от сетевого напряжения, которое может достигать 400 В. Если микросхема работает без теплоотвода, находясь в просторном корпусе, можно управлять нагрузкой до 250 Вт; в миниатюрной конструкции, где отвод тепла затруднен, мощность нагрузки снижается до 100 Вт, чего, впрочем, достаточно для большинства бытовых светильников. Управляется микросхема переменным резистором R1 типа СП-0,4 или СПЗ-9Ф с линейным характером изменения сопротивления.

Ценным качеством такого выключателя-регулятора является то, что при промежуточных положениях резистора R1 можно задать свечение лампы вполнакала, в режиме ночника.

П. ЮРЬЕВ

Не бросайтесь на собак, даже если построили отпугиватель

Давно замечена способность собак воспринимать неразличимые человеком ультразвуки – звуковые колебания частотой свыше 20 кГц. Еще в средние века был изобретен ультразвуковой свисток, с помощью которого охотник, выслеживающий в лесу добычу, бесшумно подзывал своего верного друга. Но отношения человека и собаки не всегда складываются гармонично.

Нередко случаются встречи с «незнакомой» собакой, чей норов неизвестен и поведение непредсказуемо. В подобных обстоятельствах самое разумное, не озлобляя животное резкими выпадами, побудить его держаться подальше.

Схема генератора ультразвука, способного удержать зверя на расстоянии, изображена на рисунке 1.

Устройство содержит два генератора импульсов, построенных на микросхеме DD1, усилитель и ультразвуковой излучатель. Источник электрических колебаний ультразвукового диапазона собран на логических ячейках типа 2ИЛИ-НЕ DD1.3, DD1.4, охваченных обратными связями через внешние цепочки с элементами R3, R4, С2, которые задают частоту в пределах порядка 15…40 кГц.

Есть сведения, что воздействие ультразвукового излучения получается более «убедительным», когда модулируется звуковой частотой. В нашем устройстве эту роль выполняет генератор на ячейках DD1.1, DD1.2, конструктивно отличающийся от первого лишь величиной емкости в частотозадающих цепочках C1, R1, R3. Когда на выходе 4 ячейки DD1.2 появляется сигнал высокого уровня, его напряжение, поступая на вход 8 ячейки DD1.3, запускает ультразвуковой генератор. Таким образом, с выхода 11 DD1.4 идут пачки ультразвуковых импульсов, которые усиливаются составным транзистором VT1, VT2 и преобразуются в воздушные колебания динамической головкой ВА1 типа 6ГДВ-5Д-4.

Поскольку генератор не будет работать постоянно, в качестве выключателя предусмотрена кнопка SB1. Источник питания устройства можно составить из двух последовательно соединенных гальванических батарей типа 3LR12. Постоянные резисторы – МЛТ мощностью 0,125…0,5 Вт, переменные СП-0,4 или подобные ему.

Конденсаторы могут быть типа МБМ (С1) и КЛС (С2).

На рисунке 2 показано расположение выводов примененных микросхем и транзисторов.

Рис. 2

Компоновку изделия определяют наиболее габаритные детали – динамическая головка (80x50x30 мм) и комплект батарей питания (67x62x22 мм каждая). Ультразвуковой излучатель можно поместить в торце продолговатого прямоугольного футляра, за динамической головкой – сложенные вместе «широкими» сторонами батареи, сбоку от них – монтажную плату с радиоэлектронными компонентами. Ручки переменных резисторов следует вывести на заднюю стенку футляра, а на верхней – укрепить ручку для переноски. Кнопку, включающую питание, можно поместить на футляре сверху, но можно управлять ей, вынеся за пределы футляра и связав с ним гибким двухпроводным кабелем длиной около полуметра.

Однако всегда следует помнить о том, что далеко не все собаки боятся ультразвуков, и нужно вести себя так, чтобы отпугиватель вам не понадобился.

Г. ЮРЬЕВ