Юный техник, 2001 № 04
Шрифт:
Машина отличается повышенной комфортабельностью и буквально напичкана электроникой, она следит за давлением в шинах, сама включит дворники при дожде, зажигает габаритные огни, когда стемнеет… Словом, никаких забот — только гляди на дорогу.
Техническая характеристика:
Диапазон мощностей двигателей… от 136 до 210 л.с.
Привод… на передние колеса
Максимальная скорость… 240 км/ч
Надувные подушки… спереди и с боков, а также надувные шторки
Длина… 4870 мм
Ширина… 1826 мм
Высота… 1460 мм
ПОЛИГОН
Новые старты машущего
Крохотная птичка весом в 30 г способна пролететь над океаном без отдыха 3500 км, затратив на это 10 г «топлива»— собственного жира. Однако самолет, потратив запас топлива, составляющий третью часть его массы, способен пролететь втрое дальше — 12–15 тыс. км. Поэтому работать над машущим крылом лишь ради его экономичности нет смысла.
Другое дело — его универсальность. Действительно, птица или насекомое, лишь меняя траекторию движения одного и того же крыла, могут вертикально взлетать, зависать в воздухе, переходить в горизонтальный полет. То же самое, казалось бы, может делать вертолет. Но у него расход энергии выше, чем у птицы и самолета. Еще менее экономичен истребитель вертикального взлета. Так что, возможно, махолет может занять место между самолетом и вертолетом. Экономичный и простой летательный аппарат мог бы взлетать и садиться вертикально, зависать в воздухе, а если надо — развивать сверхзвуковую скорость. Но…
Форма крыла самолета неизменна. Его поведение можно изучать при постоянной скорости. Это позволило создать хоть и довольно сложную, но достаточно точную теорию крыла.
Машущее же крыло непрерывно меняет профиль и форму. Все его точки движутся с переменными скоростями. Теория крыла самолета к нему почти неприменима. Аппаратура, позволяющая изучать мельчайшие подробности обтекания крыла самолета, абсолютно не пригодна для изучения работы крыла насекомых и птиц. А потому к созданию махолета ученые шли практически на ощупь.
Очень часто изобретатели создавали махолеты, похожие на стрекоз или птиц (рис. 1). (Возможно, это такая же ошибка, как паровоз с ногами или пароход с хвостом рыбы.) Поэтому сегодня мы уделим внимание конструкциям, в которых отсутствует слепое подражание живой природе.
В Московском авиационном институте им. С.Орджоникидзе махолетами занимаются давно. Еще в 1940 году старший инженер кафедры аэродинамики А.И. Болдырев испытал крыло. в котором колебалась лишь небольшая его часть — предкрылок (рис. 2).
Рис. 2
Оказалось, что подъемная сила крыла возрастала при этом в четыре раза да еще появлялась мощная горизонтальная тяга. Специалисты поначалу отнеслись к идее скептически. Но когда построенная инженером Б.С.Блиновым летающая модель с бензиновым мотором во время доклада взлетела прямо со стола и разбилась о потолок зала, в идею поверили. В 1946 году Болдырев построил самолет с предкрылком. (Размах крыльев — 6 м; взлетный вес — 290 кг; мощность мотора — 22 л.с.) Предкрылок на стенде создавал тягу — 90 кг, и этого было вполне достаточно для полета. Но произошла поломка пары шестерен, и больше испытания не возобновлялись.
Над махолетами работали не только в МАИ. На страницах «ЮТа» вы не раз читали о разработке в США микромахолетов размером со стрекозу или голубя. Судя по наличию патента России N? 2162428, такие работы ведутся и у нас. В этом патенте речь идет о крыле, которое представляет собой гибкий конденсатор, изгибающийся под действием электростатических сил. Но, если, судя по патентам, американские махолеты копируют движения крыльев стрекозы или мухи — крыло при ходе вниз закручивается вдоль продольной оси на некоторый угол, позволяющий создать значительную подъемную силу и некоторую горизонтальную тягу, а при ходе вверх подъемная сила не создается, а напротив, возникает толчок вниз, — крыло махолета, описанное в российском патенте, работает иначе. При движении вверх-вниз оно проходит через этапы свертывания в спираль, чем, по мнению авторов, достигается снижение отрицательной подъемной силы.
Нужно сказать, что новые патенты на летательные аппараты с машущими крыльями в нашей стране выдаются почти каждый год. Одно из таких изобретений, махолет «ПЧЕЛА» (патент РФ N? 2007337), очень любопытно.
Двенадцать створчатых крыльев аппарата расположены подобно лепесткам ромашки (рис. 3).
Каждый лепесток-крыло имеет легкий каркас, рационально пронизанный ребрами жесткости. На пересечении лепестков установлен гидроцилиндр, сообщающий ему возвратно-поступательное движение. У традиционного машущего крыла на шарнирной подвеске скорость различных точек разнится от нуля до максимальной. Значительная часть его почти не работает. У «Пчелы» все точки крыла имеют постоянную скорость, за счет чего эффективность его должна получиться в 3–4 раза выше. Есть в этом аппарате и еще одна тонкость. Крылья работают в паре с расположенными над ними неподвижными поверхностями, снабженными створками. В результате их совместного действия образуется некое подобие поршневого насоса. Крыло дает тягу как при ходе вниз, так и при ходе вверх. Аналогичным образом устроен и движитель горизонтальной тяги.
Любопытна силовая установка летательного аппарата. В основе ее свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания. Он состоит из цилиндра сгорания, передающего возникающую при сгорании топлива силу непосредственно через шток на поршень гидравлического насоса. За счет подачи им масла или другой рабочей жидкости и будут работать гидроцилиндры. Такая силовая установка должна в принципе получиться очень легкой и экономичной. К сожалению, несмотря на много попыток и десятки патентов, свободнопоршневой гидродвигатель пока не создан. Сочетание в одном изобретении двух трудноразрешимых проблем оставляет лишь незначительный шанс на успех. Впрочем, ничто не мешает на первых порах все силы сосредоточить на самом летательном аппарате, а гидропривод выполнить традиционно. В случае успеха будет получен летательный аппарат, превосходящий по скорости и экономичности вертолет.
Проблема машущего полета близка к разрешению. Мы надеемся, что наши юные читатели убедятся в этом воочию.
Рис. 4. Чтобы понять трудности, возникающие при создании махолета, полезно сделать его модель. Фюзеляж модели — сосновая рейка сечением 6х6 мм. Лонжерон крыла из бамбука. Поверхность — из трансформаторной бумаги либо лавсановой пленки. Задняя кромка крыла упрочнена соломинкой. Крылья приводятся в движение при помощи коленчатого вала и резиномотора. Но, обратите внимание, резиномотор состоит из двух пучков резиновых нитей, работающих не на скручивание, а на растяжение. Это увеличивает его КПД. Резинка наматывается на пластинки, приделанные с помощью ниток и клея к валу. Важно так выбрать угол их оси относительно вала, чтобы момент вращения, создаваемый резинкой, был максимальным, когда движение крыла требует наибольшей силы. Модель лучше запускать в спортивном зале. Длительность полета 30–40 секунд. За это время можно хорошо разглядеть все подробности движения крыльев.
СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ
Соль как источник энергии
Еще в 1748 году французский физик Жак Нолле поместил обтянутый пленкой из свиного пузыря сосуд со спиртом в бак с водой (рис. 1). Через некоторое время пленка выгнулась наружу, а спирт в сосуде оказался разбавлен водой.
Рис. 1
Вот как объясняется это явление. Пленка имела мельчайшие поры, непроницаемые для сравнительно крупных молекул спирта, но достаточно большие для молекул воды. Под действием теплового движения они начали просачиваться через поры в сосуд со спиртом. Давление в нем выросло. Это явление получило название осмоса. Его можно наблюдать, когда раствор и растворитель разделены проницаемой для растворителя и не проницаемой для растворенного вещества пленкой-мембраной. При этом со стороны раствора возникает осмотическое давление.