Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2001 № 08
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.
