В этом выпуске Патентного бюро расскажем о работах участников Ленинградской областной политехнической олимпиады 2004 года. Экспертный совет ПБ отметил Почетным дипломом предложение ученика школы № б города Выборга Ленинградской области Дмитрия Михняна .
«БУРЖУЙКА»
Готовясь, видимо, к зиме, сразу два участника олимпиады обратили внимание на недостатки простеньких металлических печек для обогрева помещения, в незапамятные времена получивших за свою неэкономичность прозвище «буржуйки».
Дмитрий Михнян из школы № 6 города Выборга предлагает для увеличения КПД печки разместить внутри ее корпуса перегородки, частично перекрывающие прямой проход дымовым газам в дымовую трубу (рис. 1).
Дмитрий справедливо считает, что при прохождении газов по лабиринту, образованному перегородками, они будут полнее отдавать свое тепло печи. В качестве дополнительной меры для повышения КПД печки он предлагает уложить на колосниковой решетке камни или кирпичи.
Конечно, размещение внутри цилиндрического корпуса «буржуйки» перегородок, образующих длинный извилистый путь для газов, потребует сварочных работ, но идея совершенно правильная. Чем длиннее путь горячего дыма, тем сильнее он будет остывать, а тепло будет передаваться металлу перегородок и корпусу печи. Потому, кстати, важен надежный контакт перегородок с корпусом, их лучше приваривать сплошным швом. Но так как «буржуйки» чаще всего изготавливают из труб большого диаметра или из металлических бочек, то подгонка перегородок и их приварка к стенкам печи не представляют особой трудности.
Камни, размещенные по предложению Дмитрия на колосниковой решетке, как показано на рисунке 1, будут прогреваться сгорающим топливом и нагревать воздух, поступающий в печь. А это в свою очередь способствует более полному сгоранию топлива и повышению теплопроизводительности печи. Таким образом с задачей повышения КПД печи-«буржуйки» Дмитрий Михнян успешно справился.
А ученик школы № 1 из города Сосновый Бор Александр Пожилов задачу повышения КПД печи решает несколько иначе. Он предлагает поместить внутри печки одну или несколько изогнутых металлических трубок так, чтобы они обогревались пламенем и горячими газами, но при этом не мешали свободному проходу этих газов (рис. 2).
Как считает Александр, воздух внутри трубок будет нагреваться и свободно выходить в помещение вверх, а на смену ему снизу в трубки будет поступать холодный воздух. Для дополнительного увеличения теплоотдачи Александр предлагает уложить на дно «буржуйки» один или два ряда кирпичей или камней. Но в отличие от предложения Дмитрия Михняна, эти камни будут лишь защищать днище «буржуйки» от перегрева, но воздух для горения дров нагреваться от них будет очень и очень слабо. Другой недостаток в предложении Александра Пожилова — упомянутые уже трубки для нагрева воздуха. Естественный поток воздуха через них будет очень слабым, и чтобы получить ощутимый эффект от нагрева в них воздуха, его необходимо подавать принудительно. Если же вместо воздуха по трубкам пустить воду, то, пристроив отопительную батарею и замкнув водяной контур, можно будет получить систему водяного отопления.
Если совместить предложения Дмитрия Михняна и Александра Пожилова, то прирост КПД будет значительно ощутимее. Камни на колосниковой решетке обеспечат более полное сгорание топлива и меньшую токсичность дымовых газов, а размещение металлических трубок в пространстве между перегородками и принудительная подача в них холодного воздуха значительно повысят КПД печи.
ВЕЧНАЯ СВАЯ
Среди задач, предложенных участникам олимпиады, была задача про сваю — нужно было предложить конструкцию сваи, которая хорошо бы держалась в земле, что очень важно, поскольку от надежности свай зависит надежность сооружений, что на них держатся.
Иван Хабулин из школы № 1 города Сосновый Бор предложил выполнять сваи из металлической трубы с коническим концом, чтобы легче было забивать ее в землю, а внутри трубы разместить с наклоном («шалашиком», как он пишет) металлические пластины и шток над ними.
Сваю забивают в землю на нужную глубину, а затем внутрь вставляют металлическую болванку и ударяют ею по штоку. Удар передается пластинам, через окна в стенках трубы они выдвигаются наружу и врезаются в почву, фиксируя сваю. От стандартной сваи, используемой на практике, новая принципиально отличается лишь тем, что пластины «заякоривающего» наконечника у реальной сваи раскрываются движением сверху вниз или в горизонтальной плоскости, а у предложенной Иваном Хабулиным — движением снизу вверх. Но отличие существенное — если попытаться извлечь предложенную Иваном сваю, пластины просто сложатся, и свая выйдет из земли.
ЧТОБЫ НЕ КУСАЛИ КОМАРЫ
Для борьбы с комарами и прочими кусачими насекомыми придуманы и репелленты, и электронные устройства. Константин Ли, ученик 4-го класса школы № 3 города Сосновый Бор, на изнанке ткани, из которой шьют летнюю одежду, предлагает разместить пластмассовые шарики.
«Если комар просунет свой нос через ткань, то он не достанет до тела, — пишет Константин. — Кроме того, такая ткань не будет липнуть в жару к телу, в одежде из нее будет прохладнее».
Конечно, производство такой ткани — дело новое и, наверное, непростое, но предложение Константина Ли заслуживает внимания. Подобная ткань может пригодиться если не для защиты от укусов комаров, то, возможно, для работы в условиях повышенных температур.
КАК СНЯТЬ САПОГ?
Чтобы не нагибаться и не пачкать руки, снимая обувь, Максим Кутхашвили из школы № 2 города Сосновый Бор придумал специальное приспособление. На прочном основании размещен приемный пенал для носка обуви и изогнутая пластинчатая пружина для фиксации пятки в задней части (рис. 5).
Пружина снабжена сверху изогнутыми направляющими, а в узкой части — резиновыми накладками. Подойдя к устройству, нужно засунуть носок обуви в приемный пенал, а каблук вставить в направляющие пластинчатой пружины. Пластинчатая пружина надежно зафиксирует заднюю часть обуви, и ногу можно будет из обуви вытащить. После того как вы переобуетесь, останется извлечь уличную обувь из приспособления, чтобы просушить или почистить. И это, увы, лишает конструкцию смысла. Обувь все равно придется брать руками. Кроме того, вытащить ботинки из устройства без повреждения вряд ли удастся. Да и не для всякой обуви можно использовать устройство Максима. Туфли на каблуках, например, его приспособление попросту не зажмет.
ЗАМЕНА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
Ядерные реакторы работают, как вы знаете, на мощных ледоколах и на подводных лодках. Энергетические показатели у них высокие, габариты невелики. Но…
Мощное ионизирующее излучение и радиоактивные отходы заставляют искать новые, экологически чистые и мощные двигательные установки.
Подключился к решению этой задачи и Евгений Седелкин из школы № 2 Соснового Бора. Двигатель для ледокола или подводной лодки, по его предложению, должен выглядеть следующим образом.
Источником энергии, как считает Евгений, послужит устройство для взрывного испарения металла. Проволока из вольфрама подается в специальную взрывную камеру, где с помощью электродов к ее участку подводится электрическое напряжение. После взрыва металла в камеру под давлением впрыскивается вода и тут же превращается в пар высокого давления. Полученный пар вращает турбину, приводящую в движение электрогенератор, а электроэнергия используется затем для вращения гребных винтов ледокола или подводной лодки. После пар турбины конденсируется в конденсаторе с использованием тепловой трубы, отводящей тепло к забортной воде, а конденсат снова используется для впрыскивания во взрывную камеру.
По мнению Евгения, предлагаемая силовая установка обладает всеми преимуществами ядерной, но не имеет свойственных ядерному реактору недостатков.
К большому сожалению, в предложении Евгения имеется несколько слабых мест. Начнем с того, что во взрывной камере температура достигнет десятков тысяч градусов. В этих условиях при впрыске воды произойдет либо полное разрушение воды до атомарного состояния, либо — при избытке воды — сильнейший кавитационный удар. Так что, возможно, водяной пар и вовсе не образуется, а наличие паров металла и столь высокой температуры будет способствовать образованию соединений атомов металла с кислородом и водородом.
Более того, при взрывном испарении металла образуется сильнейшее широкополосное электромагнитное излучение, от которого придется защищать и людей, и электронную аппаратуру. Но главный недостаток предложенной Евгением Седелкиным силовой установки все же в другом. В основе предложения Евгения Седелкина лежат работы М.К. и А.М. Марахтановых (пат. РФ № 2145147), изучавших взрывы металлических пленок. Так вот, по данным, опубликованным в этих работах, можно сделать вывод, что вольфрама для такой силовой установки понадобится примерно в восемь раз больше, чем угля. А ведь для ледокола или подлодки очень важна автономность плавания, которую определяет, в основном, вес запаса топлива. По этому параметру, увы, силовая установка Евгения Седелкина конкурировать с ядерным реактором не сможет.
ЗАПРЯЖЕМ МОРСКИЕ ВОЛНЫ?
Предложение Степана Чепилко из Сосновоборского лицея № 8 тоже связано с судовыми двигательными установками, но в данном случае источником энергии автор предлагает сделать саму морскую воду, а точнее, волны. Для преобразования энергии волн в электрическую Степан думает использовать катушки индуктивности и магнитный сердечник, перемещающийся внутри ее.
Главным отличием предлагаемого волнового двигателя от описанного ранее в «Юном технике» Степан считает устройство для получения постоянного тока из переменного, который вырабатывает генератор, установленный на поплавке.
Устройство, предложенное Степаном, — механическое. Рычаг переключателя касается ребристой поверхности детали и перемещается в зависимости от направления движения поплавка. Контакты на другом конце рычага соединяют выводы катушки то с одним, то с другим контактом токоприемника.
Как пишет сам Степан, вместо механического переключателя можно «использовать подходящий электрический выпрямитель». Добавим, что необходимость замены ненадежного и сложного механического переключателя электроникой видна невооруженным глазом. В остальном преобразователь энергии выполнен по общепринятой схеме — индукционная катушка и подвижной шток с магнитными элементами, соединенный с поплавком.
Публикацию подготовил М. МИХАЙЛОВ
ВНИМАНИЕ, КОНКУРС!
«АВАНТА+» объявляет новый конкурс!
В «ЮТ» № 8 за 2004 г. мы объявляли с издательством «Аванта+» конкурс «Личная безопасность».
ПОЗДРАВЛЯЕМ РЕБЯТ,
первыми приславших обстоятельные и правильные ответы: Сережу ВАРНАВСКОГО из с. Куровщино Тамбовской области, Ваню КАЛИНИНА из п. Сосны Ростовской области, Лену ВОРОНКОВУ из с. Ломигора Липецкой области, Римму НЕМ30Р0ВУ из Барнаула, Эльнура РАСУЛОВА из Иркутска.
Каждый победитель получит красочно оформленный том энциклопедии «Личная безопасность» из фундаментальной серии издательства «Аванта+».
Тех же, кто не выиграл, приглашаем попытать счастья еще раз. В этом номере мы разыгрываем еще 5 призов — иллюстрированные тома энциклопедии «Спорт».
Итак, новые три вопроса:
1. Какая древняя игра предшествовала шахматам? В какой стране она родилась?
2. В каком году и кем был покорен Эверест?
3. Что означает термин «полетная стойка»? В каком виде спорта он употребляется?