Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2006 № 06
Десять лет спустя Константэн построил небольшую лодку с ветродвигателем, который был связан с водяным винтом двумя угловыми шестеренчатыми передачами. Она показала прекрасную управляемость и способность двигаться против ветра, но скорость ее из-за потерь в шестеренках была значительно меньше, чем у аналогичной парусной.
Модель Константэна с пропеллером.
Лодка Константэна с ветродвигателем.
Полноразмерное судно Константэна построено так и не было. Однако, в связи с ростом цен на нефть, возрос интерес и к разного рода судам, движимым ветром. Есть среди них и такие, где вместо парусов используются воздушные винты. Но в современных проектах винтопарусных судов предполагается два режима движения. Один из них — с передачей энергии ветра, как это предлагал Константэн. Правда, передача должна быть электрической: это позволит подобрать, независимо от скорости ветра, наилучшую скорость вращения гребного винта.
Но такой режим движения встречается редко и лишь тогда, когда нужно двигаться прямо против ветра. Не исключается, что судно будет избыток энергии накапливать в аккумуляторах на случай полного безветрия. Однако чаще всего судно должно двигаться в режиме авторотации. Вот что это такое. Если свободный, ничем не заторможенный винт поставить под некоторым углом к потоку, то он раскрутится и начнет давать боковую тягу, как крыло или парус. Это и есть авторотация. Она используется, например, для создания подъемной силы автожира, несущий винт-ротор которого механически не связан с мотором, а вращается лишь за счет набегающего потока воздуха.
В режиме авторотации винтопарусный корабль ставит роторы под углом к ветру, дующему сбоку, и движется, как на парусах.
Возникает вопрос: чем ротор лучше паруса, не слишком ли это сложно? Оказывается, у ротора много преимуществ. Начнем с того, что все попытки создать парусное вооружение, которым легко управлять с капитанского мостика без помощи человека, привели к очень сложным и ненадежным конструкциям со множеством электролебедок. Но, чтобы повернуть ротор, достаточно лишь одного электромотора.
Чтобы парус при боковом ветре мог давать тягу, ему нужен упор, сила, препятствующая его смещению вбок. При движении судна ее создает либо киль, либо весь корпус судна в целом, отбрасывая некоторую массу воды вбок. У парусов знаменитых чайных клиперов сила тяги была в 3–4 раза больше, чем сила упора. Эту величину принято называть аэродинамическим качеством.
Ротор в режиме авторотации способен иметь качество более девяти, приближаясь в этом отношении к парусу рекордной яхты, развивающей скорость до 50 км/ч. Как показали исследования, он должен иметь профиль винта автожира. Но лопасть должна быть не много дополнительно закручена навстречу потоку.
Первые работы в этой области следует начать с модели винтопарусного катамарана. В первых экспериментах для того, чтобы почувствовать возможности ветродвижителя, ротор следует закреплять намертво под различными углами к ветру. Впоследствии для поворота ротора можно приспособить рулевую машинку с приемником от игрушечного радиоуправляемого автомобиля.
Модель состоит из двух пенопластовых поплавков, соединенных на деревянной платформе при помощи сквозных винтов с шайбами. Такой несколько громоздкий способ соединения позволяет получить надежную и в то же время разборную конструкцию, несмотря на рыхлость пенопласта.
На пластине укреплена съемная мачта. Она может быть сделана из тонкостенной пластиковой трубы для электропроводки. На верхнем конце ее крепится тяговый авторотирующий винт. Мачта может поворачиваться относительно своей продольной оси. На концах вставлены два металлических сухаря (см. схему крепления винта). Один из них, нижний, служит для креплении мачты к платформе. Он имеет резьбу М4 для установки крепежного винта. На нижнем сухаре укреплен поводок, позволяющий поворачивать и закреплять мачту под нужным углом.
Верхний сухарь служит для крепления вала воздушного винта. В нем для облегчения вращения винта желательно установить пару шариковых подшипников. (Их можно заменить бронзовыми втулками.)
Схема крепления винта.
Этапы изготовления винта.
Самая важная часть модели — воздушный винт. Для первых проб его можно сделать из отрезков пластика от бутылки, закрепленных гвоздями в деревянной бобышке. Однако тягу такой винт создаст небольшую. Значительно лучше будет работать винт, вырезанный из дерева. Винт можно вырезать из бруска липы или сосны, как показано на рисунке.
Точность изготовления винта будет значительно выше, если в качестве заготовки взять пачку деревянных пластин, например, канцелярских линеек, склеенных веером.
А. ИЛЬИН
Рисунки автора
ФОТОМАСТЕРСКАЯ
Пауки побеждают циклопов
Представьте себе картину: мифический циклоп вступил в схватку с гигантским пауком. Размеры и силы противников равны. Кто победит?
Задача пусть и фантастическая, все же имеет решение. Победит, скорее всего, паук, и не только потому, что у него больше лап. Все дело в том, что у него больше… глаз. А это значит, что он лучше ориентируется в пространстве и, следовательно, лучше координирует свои движения.
Какое-то время после изобретения подзорной трубы в роли циклопов оказались моряки. Смотреть в нее приходилось одним глазом, и капитаны сажали свои корабли на рифы.
Еще античные ученые знали, что правый и левый глаза видят предметы в разных ракурсах, и это позволяет понять, какой из них ближе, а какой дальше. Чтобы как-то помочь морякам, пробовали ставить две подзорные трубы параллельно, но наблюдаемый в них мир опять становился плоским. Это связано с тем, что расстояние между нашими глазами слишком мало. И на больших расстояниях правильной оценки дальности не получалось.
Чтобы увеличить расстояние между глазами, немецкий ученый Г. Гельмгольц создал телестереоскоп (рис. 1), прибор, состоявший из системы плоских зеркал. Он чисто оптическим путем увеличивал расстояние между глазами наблюдателя, и мир для него делался удивительно объемным. Этот прибор дополнили парой подзорных труб и получили стереотрубу (рис. 2) и призматический бинокль. Они полностью вернули морякам и военным объемное зрение на больших расстояниях.
Но роль стереоскопического зрения одной лишь оценкой расстояния не исчерпывается. На поверхности предметов почти всегда есть блики — зеркально отраженные изображения источника света. Расположение и форма их для правого и левого глаз различны.
Игра бликов, как писал аргентинский ученый М.Инвар, преобразуется нашим сознанием в отдельный пространственный образ, некий световой кристалл, налагающийся на образ предмета и дающий представление о его материальной природе. Только по этой игре, глядя обоими глазами, можно отличить бриллиант от стекла или бронзу от золота, ядовитый гриб от съедобного.
В 1838 году англичанин Витстон изобрел стереоскопическую фотографию. Снимки делались поочередно с двух точек при помощи специального приспособления для перемещения фотоаппарата. Полученную таким способом пару снимков (стереопару) рассматривали при помощи стереоскопа — прибора, устроенного таким образом, что каждый глаз видит только один, предназначенный именно для него снимок.
Впоследствии появились «двуглазые» — двухобъективные фотоаппараты. Расстояние между объективами обычно равнялось среднему расстоянию между осями глаз — около 65 мм. В таких аппаратах получается стереопара, два снимка. Один из них соответствует точке зрения правого, а другой — левого глаза.
Стереоснимки часто делают в форме слайда. Комплекты выполненных таким способом стереоснимков музейных экспонатов и городских достопримечательностей сегодня можно купить во многих городах вместе со стереоскопом. Стоят они недорого.
Стереоснимки делают и в виде отпечатков на бумаге. Их рассматривают через стереоскоп более простой конструкции (рис. 3). Он состоит из держателя и укрепленных на подвижном щитке двух линз с фокусным расстоянием примерно 10 см.
В последнее время огромные успехи сделаны в области цифровой фотографии и телевидения. Четкость изображения приближается к пределу, обусловленному природой света. Практически во всех странах существуют клубы любителей стереокино и фотографии.
В Петербурге продолжает работать клуб любителей стереоскопической фотографии. На рисунке 4 представлена одна из разработок клуба — установка для высококачественной съемки пейзажей и больших помещений. Она состоит из двух зеркальных фотокамер и трех синхронизированных с ними импульсных сетевых фотоламп. Камеры подвижно укреплены на легкой станине, которая, в свою очередь, устанавливается на штативе. Расстояние между камерами — стереобазу можно изменять для получения максимальной выразительности снимка.
