Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2003 № 12
Ничуть не легче осуществить вертикальный взлет и при помощи реактивных двигателей. Для этого приходится по всему самолету прокладывать громоздкую сеть труб для создания вертикальной тяги. Кроме того, ради увеличения тяги двигатель должен работать с избытком воздуха, а это значит, что он становится не пригоден для больших сверхзвуковых скоростей.
При старте с земли струи газов поднимают тучу камней и пыли, которые могут разрушить двигатель. Потому такие самолеты взлетают либо со стальной палубы авианосца, либо опять же с небольших бетонированных площадок.
Подобные недостатки есть и у других способов вертикального взлета, коих предложено очень много. Поэтому стоит присмотреться к тому, как решил проблему изобретатель Эдуард Натанов, обладатель патента РФ № 2043949 на летательный аппарат вертикального взлета и посадки.
Все мы хорошо знаем о способности смерча вырывать с корнем и уносить в небо вековые деревья, передвигать мосты, разрушать дома. Эту силу Э. Натанов решил использовать для взлета своего самолета. Разумеется, ждать появления смерча было бы смешно, потому летательный аппарат Натанова создает его сам. Для этого служат вихревые аппараты, встроенные в крыле самолета.
Как же устроен вихревой аппарат? Это сужающийся кверху корпус, похожий на раковину улитки с цилиндрической частью в середине (см. рис. 1).
В нем образован кольцевой канал, к которому в момент старта с помощью заслонки присоединяется реактивный двигатель. И весь поток его газов направляется в корпус вихревого аппарата. Там он закручивается и превращается в вихрь, который, подобно смерчу, через кольцевое отверстие устремляется вверх.
В кольцевом канале возникает разрежение. А снизу на дно его действует атмосферное давление. Короче говоря, возникающий вихрь всасывает аппарат и поднимает его вверх. А уж когда будет достигнута нужная высота, можно повернуть заслонку, и тяга двигателя станет горизонтальной. Отверстие аппарата закрывается заслонкой, и начнется обычный полет.
Поскольку ничего подобного в технике еще не было, уточним физику работы вихревого аппарата. Поднимающиеся вверх воздушные массы создают силу реакции, направленную вниз и уменьшающую подъемную силу. Величина этой силы зависит только от вертикальной скорости воздушного потока. Но поток закручен, все частицы в нем с большой скоростью движутся по спирали. Это очень напоминает навинчивание гайки на винт. Как бы быстро мы ее ни вращали, а поднимается она по винту медленно. Так и здесь. Вертикальная скорость мала, мала и вызываемая ею реактивная сила. Если вихрь будет вращаться слишком медленно, то эта тяга может уничтожить всасывающую силу смерча.
Способа точного вычисления подъемной силы вихревого аппарата автор не приводит. Но указывает, что она будет прямо пропорциональна площади выходного отверстия вертикального канала и центробежной силе, возникающей в потоке, и обратно пропорциональна радиусу вихревого аппарата.
На вихревом принципе можно было бы сделать множество интереснейших моделей, может быть, даже и свой личный вихрелет, но для начала стоит поставить эксперимент. К нему и приступим: сделаем вихревой аппарат небольших размеров, использовав вместо реактивного двигателя выхлопной шланг пылесоса (рис. 2).
Рис. 2
Наш расчет, сделанный на основе указаний автора, показывает, что такой вихревой аппарат при работе от пылесоса «Вихрь» должен дать подъемную силу не меньше двух килограмм. Точно измерить ее в домашних условиях трудно, да и не нужно. Если она действительно такова, то вы это сразу же почувствуете, взяв вихревой аппарат в руки.
А теперь — об изготовлении вихревого аппарата.
Почти целиком он состоит из жести от кофейных банок. Сначала на куске жести начертите при помощи иглы контур внешней (корпуса) и центральной частей аппарата. Их проще всего согнуть из полоски жести. Для получения плавных обводов полоску следует предварительно расправить и протянуть вокруг чего-нибудь круглого. Она станет упругой и приобретет тенденцию сворачиваться в кольцо. Из такой полосы легко получить круглый цилиндрик — центральную часть аппарата. Поставьте его на свое место и припаяйте встык.
Точно так же поступите при изготовлении корпуса. В идеале верхний пояс должен иметь сложную форму, которую можно получить путем выколачивания на свинце. Но на первых порах замените ее жестяным коническим раструбом.
Изобретатель особо подчеркивает, что канал, подводящий воздух к вихревому аппарату, должен иметь квадратное сечение. Прислушаемся к его совету. Спаяв трубу квадратного сечения, одним концом присоедините ее к пылесосу. Для этого наклейте на нее четыре кусочка пенопласта. Когда клей просохнет, опилите круглым напильником и обмотайте изоляционной лентой так, чтобы она плотно входила в патрубок пылесоса.
Мы не знаем, как подобные испытания проводил сам автор, да и проводил ли вообще. Так что можете считать, что делаете это впервые в истории. И данные, которые вы получите, имеют особую ценность.
Наше чисто математическое исследование показывает, что для каждого вихревого аппарата должна существовать такая скорость потока, при которой тяга его достигает наибольшей величины. Кроме того, должна существовать скорость потока, при которой вихрь делается неустойчивым и уже не может создавать подъемную силу. Поэтому испытайте вихревой аппарат на разных скоростях работы пылесоса.
Если увидите, что подъемная сила ощутима, это означает, что можно приступить к более точным экспериментам с измерениями скоростей потока и сил. Подробности об этом можно прочитать в учебнике. А пока пожелаем вам успеха.
Сообщите нам о ваших экспериментах.
А. ИЛЬИН
Рисунки автора
ИГРЫ ВАШИХ ДЕДУШЕК
Сделай брату пулемёт
Вы видели, наверное, телерепортажи о сражениях, которые их участники разыгрывают, старательно имитируя обмундирование и вооружение прошедших эпох. Обычно так развлекаются взрослые, но почему бы и вам не организовать подобное костюмированное сражение? Если надумаете, возьмите на вооружение хотя бы итальянский станковый пулемет фирмы «Фиат» 1924 года, принимавший участие в различных войнах вплоть до 40-х годов XX века, модель которого была опубликована во французском журнале более полувека назад.
Главное в модели — храповое колесо, которое цепляет, отводит назад, а затем отпускает пластинчатую пружину. Она с большой скоростью ударяет по пуле, и та летит в цель. Пули подаются автоматически из магазина — наклонной полочки.
Пружина — это тонкая упругая деревянная пластина. (Все прочие детали пулемета, за исключением мелочей, тоже сделаны из дерева.) Их размеры можно определить по изображению на масштабной сетке, в которой каждая клетка имеет размер 25 х 25 мм.
Самое сложное — проделать в стволе длиною около полуметра круглый прямолинейный канал. Столь длинные сверла очень редки, да и при сверлении дерева они могут пойти вбок. Поэтому ствол лучше склеить из двух сухих строганых дощечек, на которых циркульной пилой или стамеской нужно проделать канавку размером 5х10 мм.
Профиль ее закруглите все той же стамеской и тщательно отшлифуйте мелкозернистой шкуркой. Смазывать маслом или лаком не стоит, это затруднит движение пули.
Поскольку дерево может коробиться, для 6-мм пули сделан канал диаметром около 16 мм. Снаружи ствол обточите на токарном станке по дереву или обработайте рубанком. Вполне возможно, что вы сможете подобрать для канала ствола подходящую пластмассовую либо алюминиевую трубку. Их внутренняя поверхность, как правило, зеркально гладка. А поскольку ствол из тонкой трубки некрасив и может погнуться, вложите ее в декоративный деревянный ствол.
Корпус пулемета выпилите механическим лобзиком. Если захотите сделать его прямоугольным, используйте четыре дощечки.
Пулемет приводится в действие храповиком. Это деревянный квадрат, к которому на клею и гвоздях прочно прикреплены четыре «зуба» из фанеры толщиной 10 мм.
Делается это так. В каждый зуб забейте по два гвоздя диаметром 1–2 мм так, чтобы они вышли из фанеры примерно на миллиметр. После этого смажьте деревянный квадрат и зуб клеем и сразу прибейте. Клей можно взять любой, подходящий для дерева.
Ударная пружина должна быть и достаточно прочна, и упруга. Потому лучше испытать несколько разных вариантов. Клиновой узел крепления допускает возможность установки пружин различной толщины. Советуем в качестве пружины применить пластину из бамбука размером примерно 4х20х80 мм. У него наиболее высокое отношение прочности к весу, и скорость удара будет выше, чем даже у пружины из стали. Если бамбук таких размеров не найдете, попробуйте использовать пластины толщиной 2–3 мм из бука или из стеклотекстолита.
