Текст книги "Юный техник, 2002 № 06"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

В этом выпуске Патентного бюро рассказываем о новых взглядах авиамоделистов на проблему электролетов, о получении даровой электроэнергии из дымовых труб тепловых электростанций, о необычайном движителе для вездеходов и некоторых других идеях наших читателей.

Экспертный совет ПБ отметил Почетными дипломами идеи Артема Дешеваиз Кабардино-Балкарии, Виктора Степановаиз Ленинградской области, Эльдара Ошхуноваиз Нальчика, Владимира Нечаеваиз Красноярска, Дмитрия Кастеринаиз Соснового Бора, Артема Новоселоваиз Красноярского края, Игоря Карташоваиз Ростовской области.

ПОПЫТКА – НЕ ПЫТКА

Наступили трудные времена для спортивных авиамоделистов. Если компрессионные микродвигатели типа МК-17 «Юниор» еще можно достать, то топлива для них нет нигде. Напомним, что в топливные баки своих моделей они заливают сложную смесь, состоящую из метанолового спирта, керосина, касторового масла и медицинского эфира. Если с первыми тремя компонентами проблем нет, то эфир наша медицинская промышленность больше не выпускает ввиду того, что для наркоза стали применяться другие анастезирующие препараты. Проблема казалась неразрешимой для многих, но не для Артема Дешева из авиамодельной лаборатории Станции юных техников г. Прохладного, что в Кабардино-Балкарской Республике. Артем предлагает заменить компрессионные двигатели внутреннего сгорания… электрическими!

Подобные попытки предпринимались в течение всего прошлого века. Но расчеты, а позднее и эксперименты показали, что энергоемкость топливного бака во много раз превышала энергоемкость электрических аккумуляторов и батарей. Несравнимы весовые характеристики. ДВС и топливная система весили во много раз меньше электромотора и аккумулятора.

Но вот за рубежом, а затем и в России появились компактные электродвигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов мощностью от долей до десятков ватт при собственной массе от 20 до 700 г. Огромный прорыв был осуществлен и при создании аккумуляторов. Никель-кадмиевые батареи специальных серий небольшой массы способны были отдавать до 150 А и быстро заряжаться токами до 10 А.

Этим и воспользовался Артем. И хотя по удельной энергоемкости его модели проигрывали моделям с ДВС в 2…3 раза, это его не огорчало. Целых 300 секунд его электролет способен был парить в небе. С такими показателями уже можно организовать соревнования на продолжительность полета и точность приземления.

На этом можно было бы поставить точку, но для некоторых скептиков Артем подготовил экономический расчет, подтверждающий выгодность нового направления в авиамодельных соревнованиях. Итак, во сколько же рублей обойдется приобретение основных элементов электролета? Самый дорогостоящий – аккумулятор. Одна банка быстрозарядного аккумулятора типа « Sanyo», « Panasonic» или « Varta» емкостью от 500 до 1900 мА-ч обойдется от 100 до 180 рублей. На электролет их следует установить минимум семь штук – это примерно 750… 800 рублей. Электродвигатель фирмы « Grauner» серии 400 обойдется еще в 1000 рублей. Итого – не более 2000 рублей.

Да, затраты ощутимые, но ведь за год они окупаются. Электромоделям ведь не нужно горючее.

ТУДА-СЮДА, ТУДА-СЮДА

Вот такое неожиданное для технического устройства название придумал для своего гравитационно-теплового генератора Виктор Степанов из Ленинградской области. И чтобы он генерировал электрический ток, ему не нужны ни ветер, ни солнце, ни уголь, ни нефть… В действие его приводят горячие газы, выбрасываемые из высотных труб на тепловых электростанциях. Известно, что почти четверть тепловой энергии сгорающего топлива безвозвратно уходит в атмосферу, и с этим приходится мириться. Нет еще таких низкотемпературных энергетических установок, которые извлекали бы тепло из нагретых до 150…200° газов. А это, заметим, сотни миллионов гигакалорий или десятки тысяч киловатт даровой энергии. Такая расточительность, конечно же, не выгодна ни государству, ни нам с вами. Ведь каждый киловатт в конечном итоге оплачивается из нашего кармана.

И Виктор Степанов справедливо полагает, что нет нужды добывать лишние миллионы тонн угля, чтобы потом, сжигая их, греть атмосферу. Вот и предлагает он интересную схему утилизации бросового тепла.

Обратимся к рисунку, где схематически показан генератор Степанова. На высотную дымовую трубу с вертикальными прорезями надевается герметичный сосуд 1кольцеобразной формы. Как видите, он не мешает свободному выходу нагретых газов. Внутренняя его стенка выполнена из материала с высокой теплопроводностью. Внутри сосуд разделен цилиндрической перегородкой 2 на две части – внутреннюю 3и внешнюю 4. Вверху на подшипнике 5установлена турбина 6. Статор 7электрогенератора закреплен на перегородке 2на уровне турбины, а роторные обмотки размещены внутри ее. Во внутренней части 3установлены кольцевые направляющие 8и 9, образующие своего рода сопло.

Генератор заполнен жидкостью, например, водой, так, чтобы оставалась воздушная подушка. Горячие газы через внутреннюю стенку сосуда нагревают воду. Она бурно кипит, а пар под избыточным давлением устремляется через сопло и вращает турбину, а значит, генерирует электрический ток.

Далее пар конденсируется на поверхности внешней части сосуда, и вода стекает вниз. Вот так туда-сюда и циркулирует теплоноситель, производя энергию из бросового тепла.

И с точки зрения термодинамики, и с точки зрения осуществления установки Степанова в металле вопросов к юному изобретателю нет. Дело за энергетиками. От себя лишь напомним, что несколько дополнительных процентов тепловой энергии установка Степанова вполне может вернуть в виде электрической энергии. А это, как мы уже заметили, в масштабах целого государства огромная величина. И ее можно направить в сеть, удешевить тем самым производство каждого киловатта.

Совсем коротко

• Дмитрий Кастерин, член кружка юных изобретателей из Соснового Бора, придумал пушку непрерывного действия, выстреливающую снеговыми зарядами. В основу ее положен эффект Ранка, суть которого заключается в следующем. Если в цилиндрическую камеру тангенциально подавать сжатый воздух, закручиваясь внутри, он разделится на два потока. С одного конца камеры начнет выходить холодный воздух, а с другой – горячий. Разность температур между потоками может достигать 150… 200°.

Применив оригинальное решение по оттеснению влажного воздуха холодным потоком, юный изобретатель добился выхода снежинок одинакового размера, именно это обстоятельство важно для получения идеального снежного покрова во время проведения соревнований по зимним видам спорта.

• Необычный движитель предлагает установить на вездеходах Эльдар Ошхунов, член автомодельного кружка Центра научно-технического творчества г. Нальчика. Принцип действия его можно понять по кинематической схеме. Кузов вездехода опирается опорно-ведущими катками на внутреннюю замкнутую опорную дорожку вытянутых грунтозацепов. Катки вместе с кабиной сначала плавно перемещаются вдоль движителя, а когда достигают конца, грунтозацепы опрокидываются на другую сторону. Статический контакт необычного движителя не повреждает почву, исключает большие потери на трение. По мнению автора, подобный вездеход одинаково легко сможет преодолевать зыбучие пески и трясину болота, ледяные торосы и каменные завалы.

• Рисунки протекторов на зимних покрышках, поставляемых в нашу страну из-за рубежа разными фирмами, отличаются друг от друга. Одни хороши для езды по городскому асфальту, другие – на хорошо укатанном снежном насте. Но ни одни из них не пригодны для сибирских дорог. Владимир Нечаев, член автомодельного кружка Дворца пионеров г. Красноярска, предлагает свой вариант протектора (см. рис.), в продольном сечении имеющего три глубокие канавки.

Благодаря им эффективно отводятся вода и талый снег. А наличие большого числа поперечных ламелей необычной формы увеличивает «царапающий» эффект. Даже при износе покрышек на 30 % их число не уменьшается, а, наоборот, увеличивается почти в три раза. Дополнительную устойчивость колесам придают дюралевые шипы, установленные под определенным углом к дороге.

• Система распознавания голоса, разработанная Игорем Карташовым, членом радиокружка Центра технического творчества молодежи г. Шахты Ростовской области, отзывается только на устную команду хозяина. Она работает в трех режимах: запись, в исполнительном и дежурном режимах.

Сигнал с микрофона поступает на аналого-цифровой преобразователь. Цифровой эквивалент голоса записывается в буферную память. В режиме записи команда произносится дважды. Второй раз – в контрольную память. Это делается для того, чтобы с помощью системы сравнения выделить среднее значение и улучшить точность распознавания голоса. Затем система переводится в дежурный режим, и, когда соответствующая команда будет услышана, она перейдет в режим исполнения. Система может держать в памяти до 120 разных команд. Это устройство может пригодиться одиноким пожилым людям и инвалидам для автоматического выполнения голосовых команд, таких как «Включи свет», «Включи обогрев»… В связи с недавними террористическими актами в США Игорь предположил, что подобное устройство может способствовать безопасности полета, допуская к управлению только членов экипажа, в обычном обиходе оно может работать как кодовый замок…

• Артем Новоселов, юный техник из Ермаковской СЮТ Красноярского края, предлагает использовать ходовую часть предназначенных для переплавки танков для создания машин, способных работать в лесном и сельском хозяйстве, на строительстве дорог и каналов, прокладке газовых труб и ЛЭП. Лучшее подтверждение сказанному – действующая модель крана на базе танка Т-72, выполненная в масштабе 1:20. Модель не только передвигается по командам вперед и назад, но и осуществляет повороты, поднимает стрелу, берет на крюк груз.

• Малогабаритный строгальный станок по дереву с защитным устройством, разработанный Александром Сердюковым из г. Батайска Ростовской обл., гарантирует безопасность даже для новичков. Тот, кто работал на строгальном станке, знает, что барабан, наткнувшийся на любую неровность деревянной планки, может внезапно «повести», так что рука зазевавшегося работника подвергается угрозе серьезной травмы. Чтобы этого не происходило, разработал Александр специальное устройство – защитный флажок, который с помощью пружины прижимается к обрабатываемой планке, так что нет необходимости придерживать ее рукой, когда она проходит через барабан. Станок, изготовленный на основе электрорубанка, малогабаритен, прост и безопасен в обращении. Его могут взять на вооружение школьные мастерские, строители дач и все те, кому приходится работать по дереву. На нем можно строгать любые планки шириной до 75 мм.

• Прибор для экспресс-анализа жирности молока, сконструированный в Республиканском центре юношеского творчества г. Уфы, позволяет оперативно выявить некачественный товар. В сельской местности население сдает излишки молока государству. Кто-то несет цельное молоко, а кто-то – разбавленное. Не платить же одинаково за разбавленное молоко, как за цельное. Жирность молока можно определять химическим способом, но на это обычно тратится около суток, что очень неудобно. Поэтому юные башкирские изобретатели решили создать устройство для экспресс-анализа жирности молока. Экспериментально они определили зависимость жирности молока от таких физических характеристик, как плотность, поверхностное натяжение, электрическое сопротивление исходного продукта. Наилучшие результаты дало измерение интенсивности пучка света от электролампы, который пропускался через слой молока и попадал на фотоэлемент. Оказалось, что жирность молока влияла на плотность света и в конечном счете на напряжение, которое подавалось на вольтметр.

Выпуск ПБ подготовили: П.ЛЕБЕДЕВ, В.ЗАВОРОТОВ

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Сегодня вся авиационная промышленность Франции сосредоточена в руках концерна «АЭРОСПАСЬЯЛЬ». На его заводах выпускаются как самолеты, так и вертолеты. Первый полет серийного SA-365 N состоялся в январе 1975 года. От своего предшественника он отличался удлиненным грузовым отсеком. Масса вертолета при этом, конечно, возросла. Несущий винт машины – четырехлопастный. Лопасти изготовлены из композитных материалов на основе волокон углерода. Шасси выполнены убирающимися.

Техническая характеристика:

Диаметр несущего винта… 11 680 мм

Масса пустого вертолета… 2000 кг

Масса взлетная максимальная… 4000 кг

Грузоподъемность… 2000 кг

Двигатели… 2-х ТВД «Ариэль»

Мощность двигателей… 2 х 500 кВт

Максимальная скорость… 315 км/ч

Потолок (динамический)… 6000 м

Дальность полета… 465 км

Экипаж… 1–2 человека

Поколение легких грузовичков этой серии стало первой модернизацией автомобилей SPRINTER. Изменилась их лицевая часть, улучшился интерьер, появились новые узлы и агрегаты, включая расширенное семейство двигателей. Но самое главное, варианты кузовов бортовых грузовичков и фургонов теперь не поддаются исчислению. Низкая и высокая крыши, различные базы и прочее позволяют любому покупателю легко найти подходящую для себя машину. В Европе этот грузовичок занимает почти треть рынка.

Техническая характеристика:

Грузоподъемность… 1550 кг

Полная масса… 3500 кг

Погрузочная высота… 665 мм

Двигатель… 4-цилиндровый рядный дизель

Мощность двигателя… 79 л.с.

Шины… 225/75R16

Максимальная скорость… 115 км/ч

Радиус поворота… 6400 мм

ПОЛИГОН
Всегда ли верны теоремы?

Трение – древнейший враг машин. На его преодоление тратится половина мощности всех двигателей планеты, почти половина добываемого на земле топлива. Кроме того, трение приводит к износу деталей машин. Это значит, миллионы тонн металла теряются безвозвратно, превращаясь в тончайшую пыль.

Способов борьбы с трением придумано множество, но почти все они сводятся к тому, чтобы отделить трущиеся поверхности друг от друга. Для этого, например, подшипники автомобиля смазывают маслом, а некоторые подшипники морских судов делают из резины и смазывают… водой.

Еще первобытный человек, передвигая тяжелые камни, догадался подкладывать под них катки, ролики. Тем самым трущиеся поверхности разъединялись, и трение скольжения заменялось трением качения. На этом принципе основан шарикоподшипник. Придумал его еще Леонардо да Винчи, а делать научились сто лет назад. Шарикоподшипник по сравнению с масляной или водяной смазкой в десятки раз снижает трение и износ. Но для некоторых машин и этого мало.

Сегодня зубные врачи сверлят зубы при помощи пневматических бормашинок. Их вал вращается от воздушной турбинки со скоростью до 100 000 оборотов в минуту. Все известные шариковые подшипники при таких скоростях мгновенно бы пришли в негодность. Поэтому здесь применяют подшипники, которые смазываются сжатым воздухом. Это не только снижает трение, но и почти совсем устраняет износ. Есть, однако, приборы, для которых и такие подшипники слишком грубы. Речь идет о гироскопических устройствах, которые применяются для точного вождения кораблей, самолетов и ракет. Основа их – волчок, который, благодаря быстрому вращению, способен сохранять в пространстве положение своей оси. Однако малейшее трение способно отклонить ось, и тогда самолет собьется с курса, а ракета пролетит мимо цели.

Лучший способ устранить трение гироскопа – магнитный подвес. Наденьте на карандаш пару кольцевых магнитов, расположив их одноименными полюсами навстречу. Между ними образуется зазор. Поместив их в вакуум, можно было бы полностью избавиться от трения между ними. Но без карандаша или какого-то вала система окажется неустойчива.

Достаточно малейшего смещения одного из магнитов в сторону, как он тотчас же перевернется и прилипнет к другому.

Некогда изобретатели полагали, что следует взять не два магнита, а пять, сто или тысячу, чтобы получилась устойчивая система, однако практическое решение найти очень долго никому не удавалось.

Причину, казалось бы, обнаружили. Еще в 1839 году английский физик С. Ирншоу доказал, что система тел, связанных силовым полем типа электрического или магнитного, но обязательно убывающего обратно пропорционально квадрату расстояния, не может находиться в устойчивом равновесии. Многие восприняли это как запрет и перестали искать устойчивую систему из постоянных магнитов.

И все же магнитный подвес был создан, причем без нарушения теории Ирншоу.

В 60-е годы в Польше на одной из международных выставок появился большой глобус, бесшумно висящий в воздухе как бы ни на чем (рис. 1).

Это была сенсация, но из нее никто не делал секрета. Глобус был сделан из легкого пластика, а сверху наклеена пластина мягкой стали. Под потолком укрепили электромагнит, лампочку и фотоэлемент. При включении тока электромагнит притягивал глобус, а он при этом пересекал луч фотоэлемента. Возникал сигнал, который тотчас отключал ток от магнита. Глобус начинал падать и переставал загораживать свет. Тогда от фотоэлемента поступал сигнал на включение магнита. Весь этот процесс проходил настолько быстро, что дрожание глобуса заметить было невозможно.

Устройство с бесшумно парящим в воздухе предметом – неплохое украшение для квартиры. Вы можете собрать его самостоятельно по схеме, которую мы опубликуем в приложении к «ЮТ» – журнале «Левша».

Магнитный подвес подобного типа применяется и для подвески роторов гироскопов. Вращающийся с огромной скоростью шарик, висящий в вакуумной камере на невидимых нитях магнитного поля, прекрасно сохраняет положение своей оси вращения, позволяет выводить ракету на цель с отклонением не более десятка метров на тысячу километров полета.

Конечно, в гироскопах ракет магнитный подвес такого типа управляется гораздо более сложной электронной системой. Однако можно сделать его проще. Это стало возможным благодаря работам физика из Томска Г. В. Николаева.

К сожалению, из-за сложного математического аппарата кратко изложить его теорию невозможно. Однако эксперименты, положенные в ее основу, могут быть показаны в школе.

Вот один из них. Возьмите два небольших полосовых магнита, например от мебельных защелок, и положите их параллельно, так, чтобы они притягивались (рис. 2).

Рис. 2

Ничего особенного в этом нет. Но если из них собирать магниты более длинные и также укладывать параллельно, то притяжение между ними по мере роста длины будет ослабевать и даже сменится на отталкивание.

Интересный результат получается, когда короткий магнит приближают к длинному (рис. 3).

Рис. 3

При этом возникает так называемая магнитная потенциальная яма. На большом расстоянии эти два магнита притягиваются. На малом – отталкиваются, но есть такое место, где магниты друг с другом вовсе не взаимодействуют.

Получившаяся устойчивая система из магнитов не противоречит теореме Ирншоу. Ведь здесь расстояния между магнитами малы по сравнению с их размерами. Поэтому силы взаимодействия ослабевают не обратно пропорционально квадрату расстояния, а гораздо медленнее. Но почему сила притяжения одних и тех же магнитов то меняется на отталкивание, то пропадает вообще? Как утверждает Г.В.Николаев, это явление в рамках обычной электродинамики необъяснимо. Оно связано с существованием двух магнитных полей. Одно из них – поле, охватывающее проводник с током, мы изучаем в школе. Но у каждого проводника с током, как установил Ампер, есть еще и слабое продольное магнитное поле. Его современная электродинамика не учитывает, а зря. Оно является причиной многих явлений, в том числе и описанного. Однако это не мешает найти магнитной потенциальной яме техническое применение.

Вот, к примеру, забавная игрушка. Паровоз тянет за собою два-три вагона. Приглядевшись, вы замечаете, что между ними нет ни крючков, ни нитей, лишь маленький зазор. Если вагоны сблизить до упора и отпустить, то они разойдутся. Стоит их растащить, они сойдутся вновь. Во всех случаях зазор между вагонами остается.

На рисунке 4 изображен демонстрационный прибор Николаева – ротор с магнитным подвесом.

Рис. 4

Его вал, хоть и проходит через подшипники, не касается ни их, ни какого-либо тела вообще. Сила трения здесь в тысячи раз слабее, чем в любом из известных подшипников.

Если же поместить ротор в сосуд, где откачан воздух, то трения не будет вообще. Очевидно, на этом принципе можно построить простой и очень надежный гироскоп. Возможно и другое применение прибора – накопление энергии. Стоит раскрутить такой ротор, и он будет вращаться годами.

Магнитную потенциальную яму, предложенную Г.В.Николаевым, вероятно, можно применить для создания поезда, парящего над рельсами практически без трения. Да мало ли для чего еще! Если же вас интересуют парадоксы магнитного поля, то рекомендуем книгу: Г.В. Николаев . Непротиворечивая электродинамика, теории, эксперименты, парадоксы. Томск, 1997.

С. СИНЕЛЬНИКОВ, А. ИЛЬИН