Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2004 № 04
При чем тут «обратный маятник»? — спросите вы. В свое время совсем еще молодой кандидат технических наук Владимир Челомей из уравнений движения вывел, что могут существовать условия, при которых положение маятника «вертикально вверх» так же устойчиво, как и «вертикально вниз». Иными словами, если маятник в таком положении чуть отклонить и освободить, он не свалится вниз, а вернется в первоначальное положение.
Исследователь опубликовал свои выводы, доложил их на ряде научных собраний, выслушал похвалы за ясность и изящество решения. Однако поначалу многие, в том числе и сам автор, сочли данную работу лишь теоретическим курьезом. Однако спустя много лет о данном решении пришлось вспомнить при довольно-таки драматических обстоятельствах. На испытаниях выяснилось, что очередная ракета в полете быстро и опасно раскачивалась. Теоретически «лечение» просто — надо изменить регулировку автопилота. Как это сделать практически, оказалось неясно.
Между тем шли госиспытания, и время поджимало…
Вот тогда-то Челомей вспомнил о своем давнем решении. И указал своим сотрудникам на сходство уравнений, описывающих движение маятника и системы «ракета — автопилот». Логика простая: если похожи уравнения, должны существовать условия, при которых колебания этой системы затухают. Исходя из этой на первый взгляд странной аналогии, такие условия нашли довольно быстро.
Но никто из специалистов их практическую ценность не осознал: как уже говорилось, трудно себе представить даже торчащий вверх маятник, а в то, что подобная штука способна утихомирить неустойчивую в полете ракету, и подавно никто не хотел верить…
Челомей спорить не стал. И для начала приказал срочно изготовить демонстрационный прибор: установить маятник на вибростол. Из решения задачи известно: если основание вибрирует с частотой, равной собственной — резонансной — маятника, то положение «вверх» устойчиво. Чтобы маятник «свалить», его надо отклонить на большой угол заметным усилием.
«Чудо» продемонстрировали на совещании ведущих специалистов ЦАГИ и других институтов АН СССР. Так вот, поколебав уверенность «всезнаек» таким довольно оригинальным способом, вскоре добились разрешения и на перестройку автопилота. Действительно, подавить колебания ракеты удалось, введя искусственно аналогичные колебания, но в противофазе, в автопилот.
— Так что воистину нет ничего практичнее хорошей теории, — подвел итог своему рассказу Кирилл Пшинник. — Теперь и мы в том убедились…
Станислав ЗИГУНЕНКО
Художник Ю. САРАФАНОВ
ВНИМАНИЕ, КОНКУРС!
Хотите узнать, как с помощью воды запустить не только игрушечную, но и самую настоящую ракету?
Выяснить, как на самом деле должны были происходить «звездные войны»?
Рассмотреть в подробностях, как устроен «космический дом»?
Тогда попробуйте для начала ответить на следующие три вопроса.
1. Когда и в какой стране был запущен первый искусственный спутник Земли?
2. На какой высоте начинается космос?
3. Для исследования какой планеты в 1997 г. был запущен космический аппарат «Кассини»? В честь кого его так назвали?
Пятерых из тех, кто ответит на вопросы конкурса быстрее и правильнее других, ждут призы — прекрасно изданные энциклопедии «Космонавтика» из фундаментальной серии издательства «Аванта+». К каждой книге прилагается CD-ROM с текстами избранных статей, космическими фотографиями, музыкой и даже мультиками.
Ответы, как обычно, присылайте в редакцию журнала «Юный техник». Не забудьте сделать на конверте пометку: «Конкурс «Аванта+».
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Построить дерево? Вырастить здание?
Сколь высок может быть небоскреб? Сто этажей? Триста? Тысяча? Если первый реальный небоскреб, или, как его тогда называли, «дом со скелетом», построенный в Чикаго в 1885 году по проекту инженера У.Дженни, имел всего 9 этажей, то сейчас этажность высоток продолжает стремительно к расти. Дело дошло до того, что здания начинают весьма сильно раскачиваться под порывами ветра.
Повысить устойчивость высотных зданий немецкий изобретатель Дитер Оликмюллер из Бремена предлагает, позаимствовав патенты природы. А именно — строить здания по образцу и подобию… дерева.
Наращивая ствол в толщину, дерево, оказывается, не только образует годовые кольца, но и связывает их друг с другом с помощью так называемых сердцевинных лучей, которые пронизывают весь ствол, расходясь радиально от центра или сердцевинной трубки. В итоге образуется довольно изящная и в то же время весьма прочная конструкция.
Скопировать ее и предлагает изобретатель. Роль сердцевинной трубки в его проекте выполняет световая шахта в центре здания. Внутри ее расположены две аварийные лестницы. Причем они раздельные — одна, прямая, предназначена для спасателей, которые смогут проникнуть в случае чего внутрь здания, а вторая, спиральная, — для эвакуации людей.
Следующий слой, окаймляющий световую шахту, составляют помещения для лифтовых шахт и технических коммуникаций. Далее по радиусу будут располагаться комнаты и залы для офисов, магазинов и технических служб. Наконец, снаружи — своеобразная «кора» — облицовка фасада здания.
Между собой концентрические трубы, на которых монтируются стены и перекрытия помещений, связывает дополнительно система радиальных балок — своего рода сердцевинных лучей, спрятанных в межэтажных перекрытиях.
Упрощенная схема небоскреба-дерева. В его конструкции просматриваются основные элементы строения древесного ствола:
1 — сердцевинная трубка с лифтовыми шахтами; 2 — «годовые кольца» радиальных структур; 3 — межэтажные связи типа сердцевинных лучей.
На сегодняшний день самыми высокими считаются «Петронас-Тауэрс» — башни-близнецы высотой в 452 м, построенные в Куала-Лумпуре, Малайзия.
* * *
«Башни-близнецы Всемирного торгового центра в Нью-Йорке считались в свое время эталоном революционных конструкторских решений, — говорит изобретатель Оликмюллер. — И действительно, наличие в них металлического внутреннего и наружного каркаса позволило освободить наружные стены от несущих опор. Однако, как показала практика, прочность такой конструкции все же недостаточна…»
Кроме того, каркас занимал значительную часть объема. Новая конструкция позволяет освободить еще 10–20 % внутреннего пространства.
Чтобы небоскребы нового поколения не падали не только под порывами пусть даже ураганного ветра, но и при землетрясениях, а также в результате всевозможных терактов, современные бионики опять-таки предлагают воспользоваться опытом природы. В частности, известно, что дерево может качаться, даже изгибаться под порывами бури, но, тем не менее, сохраняет устойчивость. То же конструкторы предлагают и для небоскребов будущего. Их «стволы» должны иметь в себе межэтажные крепления, которые прочно, но в то же время достаточно гибко соединят между собой элементы здания и не позволят ему развалиться даже при значительных нагрузках.
Кроме того, как известно, каждое дерево имеет более или менее разветвленную корневую систему. Вместо традиционного фундамента специалисты предлагают опирать основание небоскребов на разветвленную подземную структуру опор, которая, расходясь достаточно далеко от здания, способна обеспечить его устойчивость.
Схема «Бионик-Тауэра», разработанного сотрудниками компании «Сервера, Пиос энд партнере» в Мадриде. Как видите, здание имеет разветвленную «корневую систему», обеспечивающую ему устойчивость.
* * *
Проблему естественного освещения изобретатели тоже решают, взяв за образец дерево. Ведь листья многих деревьев постоянно ориентируются на солнце, поглощая или отражая его лучи по мере необходимости. Поэтому Оликмюллер и его коллеги предлагают оснастить фасад здания системой жалюзи из тонких металлических пластинок. Эти пластинки, подобно листьям, смогут менять угол наклона в зависимости от условий освещения. Причем делают это они чисто автоматически, подчиняясь командам термогидравлических систем.
«Термогидравлика использует энергию солнечного света для создания необходимого давления в системе, — поясняет изобретатель. — Если солнце не светит, давление падает до нуля и пластинки жалюзи разворачиваются так, чтоб не затенять помещение, а, напротив, направлять дневной свет внутрь…»
