Изобретения
Сидорюка
Юрий Леонидович Сидорюк — юный техник. Только теперь уже, к сожалению, бывший. Возраст-то у него уже дедушкин. Но он до сих пор прекрасно помнит, как читал в свое время наш журнал, черпал из него идеи для собственных самоделок. А потом и сам стал генератором необычных идей и конструкторских решений.
Произошло это, конечно, не вдруг. Опыт и мастерство накапливались постепенно. В 1965 году пришел первый успех: его кибернетические игрушки были продемонстрированы на Всесоюзной выставке достижений народного хозяйства — ВДНХ СССР и были удостоены первых призов и медалей.
Однако в кибернетику он не пошел. К окончанию школы вдруг заинтересовался астрофизикой, стал изучать переменные звезды. О потраченном на то времени и сейчас не жалеет, хотя избрал себе в конце концов совершенно земную профессию — стал инженером-гидротехником. Занимался проблемами мелиорации, полива полей, которые часто страдают от засухи в засушливом южном климате.
Ну, а сейчас — начальник отдела капитального строительства и гидротехнических сооружений Херсонского речного порта. Порт довольно крупный, к нему приписано около 200 различных судов; так что работы Юрию Леонидовичу хватает.
Тем не менее, он нашел себе и дополнительное занятие; в свободное время продолжает изобретать разные удивительные аппараты и конструкции. Давайте познакомимся хотя бы с некоторыми из них.
Облака по заказу
Идею одного из своих первых изобретений Юрий Леонидович подсмотрел все там же, в порту. Дело в том, что в свое время Херсонский судостроительный завод построил четыре первых советских лихтеровоза.
Суда эти — особые. Они перевозят на себе лихтеры — небольшие баржи, в которые помещают контейнеры и прочий необходимый груз. Когда лихтеровоз приходит в порт назначения или вообще к месту, где нет причала, ему не обязательно приставать к берегу для выгрузки-погрузки. Прямо на рейде он сгружает в воду лихтеры, и те сами движутся к берегу. Там их разгружают, снова загружают, если нужно, и лихтеры возвращается к кораблю-матке. Можно двигаться дальше.
Посмотрел Юрий Леонидович на эти лихтеры и вдруг вспомнил: в свое время К.О. Циолковский предлагал строить по примеру железнодорожных составов воздушные поезда. То есть перевозить грузы по воздуху, словно по железной дороге. Впереди дирижабль-локомотив, за ним аэростаты-вагоны… Константин Эдуардович полагал, что таким образом можно будет быстро и без больших затрат доставлять грузы в те места нашей страны, где вообще нет никаких дорог — ни железных, ни грунтовых.
«Идея вообще-то хорошая, — стал размышлять Ю.Л. Сидорюк, — но в ней есть недостатки. И с одним-то дирижаблем непросто управиться в ветреную погоду, а уж с целым воздушным поездом… Разметает его ветер по всему небу…»
И тогда он решил модернизировать для воздухоплавания идею морских лихтеровозов. Одна оболочка вмещает множество баллонов-лихтеров с метаном. Они легче воздуха и создают подъемную силу. Двигатели дирижабля работают на том же метане. Таким образом обеспечивается сравнительно низкая стоимость доставки.
Ю.Л.Сидорюк демонстрирует свои разработки.
В полет, дисколет!
Работа над дирижаблем-лихтеровозом натолкнула изобретателя еще на одну идею. Форму нового дирижабля надо делать не сигарообразной, как обычно, а дисковидной, вроде «летающей тарелки». Почему?
Если придать крылу такого «дисколета» определенный профиль, то во время полета будет создаваться не только аэростатическая, но и аэродинамическая подъемная сила. Еще один плюс — повышенная маневренность аппарата — он может лететь в любую сторону без разворота.
А использовать такой дисколет можно не только для транспортировки грузов. При мне Юрий Леонидович беседовал с представителем МЧС. И два инженера, что называется, с ходу придумали, как можно использовать подобные дисколеты сравнительно небольших размеров в качестве спасательных средств.
Компактно свернутые оболочки и герметично упакованные моторы сбрасываются с самолета в воду в районе, где терпит бедствие, скажем, какое-то судно. Подплыв к такому контейнеру, моряк или пассажир должен прицепиться к подвесной системе и дернуть за шнур. Сжатый газ раздует оболочку, и она вытащит человека из воды. После этого можно включать мотор и держать курс к ближайшему побережью.
Так выглядит один из дисколетов Сидорюка .
Модель дисколета уже можно подержать в руках.
Электростанция за тучами
Если сделать дисколет совсем уж необычной формы — этаким вогнутым зеркалом — и покрыть его поверхность блестящей алюминиевой пленкой, то с его помощью можно будет аккумулировать солнечные лучи и переправлять их на землю, заставляя работать теплогенераторы.
На эту идею Юрий Леонидович натолкнулся, работая ликвидатором на Чернобыльской АЭС. Он обратил внимание, что на аварийном четвертом блоке пострадал по существу лишь сам реактор, а вот теплогенератор, вырабатывавший электроэнергию, остался практически невредим.
Впрочем, когда Сидорюк рассказал о своей идее экспертам, те указали на трудности передачи аккумулированной энергии по лазерному или микроволновому лучу. Дело в том, что энергетический пучок большой мощности способен «прожечь» в атмосфере своеобразные дыры, ухудшающие экологию. Поэтому ныне он разрабатывает иной вариант. Сам диклолет будет покрыт пленочными фотоэлементами, а полученная энергия будет питать и электродвигатели самого аппарата, и может быть передана на землю по кабель-тросу.
Летающий «бублик» лучше «тарелки»
А если сделать наоборот — луч энергии направлять снизу на летательный аппарат, — можно получить «летающую тарелку», которой не нужны на борту запасы топлива, топливные элементы или аккумуляторы. Движителем такой «тарелке» послужит центральный ротор (вроде вертолетного), заключенный в кольцо-обечайку. «Мало того, что такая обечайка сама по себе повышает тягу ротора. Она создает еще дополнительную подъемную силу, — поясняет изобретатель, — поскольку по существу представляет собой крыло, согнутое в «бараний рог», а точнее — образующее «бублик»-тор»…
По расчетам Юрия Леонидовича, такой летательный аппарат будет весьма эффективно выполнять обязанности летающего подъемного крана, может использоваться для пожарно-спасательных работ, если вдруг загорится высотное здание. Еще он способен послужить воздушной антенной-ретранслятором и своеобразной наблюдательной вышкой во время локальных военных конфликтов.
Парусники без парусов
Подняв лихтеровоз в облака, Юрий Леонидович все-таки не забывает и об интересах самого судоходства. Но и здесь его конструкции балансируют на стыке флота и авиации.
Так, например, он предлагает оснастить парусники XXI века парусами-крыльями и парусами-роторами. Такие жесткие конструкции не только эффективнее обычных мягких парусов из ткани, но и позволяют управлять ими, полностью отказавшись от ручного труда.
Следующий шаг — использование паруса-ротора и аффекта Магнуса. «Такое устройство придумал во второй половине XX века немецкий инженер Антон Флеттнер, — рассказал Юрий Леонидович. — В своей разработке он опирался на исследования своего соотечественника, германского физика Генриха Густава Магнуса, который в 1852 году доказал, что «возникающая поперечная сила, действующая на тело, вращающееся в обтекающем его потоке жидкости или газа, направлена в сторону, где скорость потока и вращения тела совпадают».
Говоря проще, если на лодку, вместо обычной мачты с парусом, поставить вертикально цилиндр и раскрутить его, при этом возникнет сила, движущая судно.
Схема действия эффекта Магнуса . На вращающийся цилиндр действует сила, поперечная к направлению потока воздуха. Направление движения судна при этом зависит от того, в какую сторону — по направлению часовой стрелки или против нее — вращается ротор.
Самое интересное, что при этом наиболее выгодно, если ветер будет дуть паруснику строго поперек его курса. При той же скорости масса парусного вооружения может быть в 5 раз меньше, чем обычно, и управлять судном становится намного легче.
«Более того, продувки в аэродинамической трубе показали, что движущую силу можно увеличить вдвое, если накрыть цилиндр сверху диском в виде «летающей тарелки», — поясняет Ю.Л. Сидорюк. Ну, а если и боковинам самого цилиндра придать особую, рассчитанную мной форму, то КПД системы увеличится еще в несколько раз»…
Так что, как видите, багаж идей у бывших юных техников богатый.
Станислав ЗИГУНЕНКО
Интеллект на производстве
Этот научно-исследовательский труд представил нам 11-классник из лицея с углубленным изучением математики и физики г. Орехова Зуева Андрей ТЮЧКОВ . Вообще-то он хотел, чтобы мы напечатали саму работу. Однако его довольно-таки объемистое исследование изобилует таким количеством таблиц, схем и формул, что мы договорились с автором: лучше он сам расскажет в популярной форме, в чем здесь суть. И вот что получилось.
Пожалуй, все началось с того, что два года назад 14-летний Андрей летом пошел работать на местный завод «Респиратор» помощником лекальщика. Это дало ему возможность ознакомиться с современным промышленным производством. И свежим взглядом увидел, что «все станочное оборудование можно разбить на две большие группы — обычные станки (токарные, фрезерные, сверлильные и т. д.) и так называемые обрабатывающие центры с числовым программным управлением».
В последнем случае станок представляет собой многопрофильный агрегат, состоящий из специализированных блоков-модулей, рассказывал Андрей. Один модуль оснащен сверлами, другой — фрезами, третий — резцами. И по заранее заданной программе в дело вступает тот или иной модуль, обеспечивая на одном станке комплексную обработку детали. Причем тот или иной модуль всегда можно дооснастить тем или иным специализированным инструментом, разработать для него соответствующую программу обработки детали. В общем, получается очень удобно: не случайно обрабатывающие центры позволяют в 3–4 раза повысить производительность труда рабочего, которого в данном случае, наверное, правильнее будет назвать уже не станочником, а оператором обрабатывающего центра.
Поразмыслив, Андрей Тючков пришел также к выводу, что модульную систему построения можно применить и ко всему производству в целом, начиная, скажем, с конвейера и кончая какими-то отдельными технологическими операциями.
И тут нам, наверное, придется на некоторое время прервать повествование, чтобы пояснить, как это Андрей до всего этого додумался и почему его вообще интересуют подобные темы. Все оказалось довольно просто.
Во-первых, Андрею, по его собственному признанию, очень нравится информатика. Заслуга в том, наверное, прежде всего отца Андрея. Тючков-старший долгое время преподавал информатику в учебных заведениях Орехова-Зуева; от него Андрей и перенял навыки общения с компьютерной техникой. Составление же компьютерных программ приводит в порядок мозги, заставляет смотреть на мир, так сказать, системно.
Схема обычного токарного резца, с которого Андрей начал свое исследование:
1 — передняя поверхность; 2 — главная режущая кромка; 3 — вспомогательная режущая кромка; 4 — вершина резца; 5 — главная задняя поверхность; 6 — вспомогательная задняя поверхность; 7 — вспомогательная часть.
Во-вторых, Андрею с малых лет просто правится решать разного рода задачи, разгадывать логические ребусы. Не случайно он постоянный участник разного рода олимпиад. А на последней декаде науки Орехова-Зуева занял второе место среди участников физико-математической олимпиады. Поэтому когда к ним в лицей заглянул Алексей Владиславович Щедрин, доцент Электростальского политехнического института и один из кураторов программы «Шаг в будущее», проводящейся под эгидой МГТУ имени Н.Э. Баумана, — он искал кандидатов для участия в очередной, 9-й по счету, конференции молодых исследователей, — ему среди прочих назвали и фамилию Андрея.
Принцип тепловой трубы применительно к резцу позволяет эффективно отводить тепло за счет изменения агрегатного состояния вещества (жидкость — пар — конденсат).
Так они познакомились — учитель и ученик. И дальше стали работать вместе. После ряда совместных обсуждений родилась тема будущей работы. Называется она по-научному строго — «Использование физических принципов для системного решения технологических задач» — и показывает, как мы уже сказали в самом начале, каким образом следует научно подходить к решению подобных проблем. Проиллюстрированы же смысл и выгода такого подхода на примере всем известного традиционного инструмента — токарного резца.
«Инструмент этот используется в машиностроении уже несколько столетий, продолжал свой рассказ Андрей. — И, казалось бы, все, что можно изобрести по этой части, уже придумано. Но при внимательном рассмотрении проблемы оказалось, что это не совсем так.
Прежде всего, отсутствует как раз системный подход — почему при изготовлении данной детали нужно использовать именно данный резец, а не другой, почему применяется охлаждающая жидкость такого состава, а не другого…»
Андрей попытался собрать вместе все известные ему новшества и разложить их, так сказать, по полочкам. В итоге получилось примерно следующее.
При точении резцом, как известно, происходит сильный разогрев его рабочей части, что сказывается и на долговечности инструмента, и на точности выполняемой работы. С такой бедой борются разными средствами и методами: ставят на резец твердосплавные, а то и керамические накладки, вводят воздушное и жидкостное охлаждение. Андрей предлагает не забывать и о так называемых чашечных резцах, рабочая часть которых представляет собой диск-чашку (см. рис.). При работе этот диск вращается, и в дело вступают все новые фрагменты резца; он не так быстро изнашивается и нагревается.
Так работает чашечный самовращающийся резец.
«Очень часто заготовку и резец во время работы поливают смазывающе-охлаждающей жидкостью (СОЖ), — поясняет Андрей в своей работе. — Если в качестве СОЖ использовать раствор медного купороса, то слой меди будет осаждаться на рабочих гранях резца и, как металлическая смазка, будет уменьшать трение резца о заготовку».
Далее в своей работе он также предлагает использовать другие технологические хитрости — металлокерамические державки, виброгасители, ребра жесткости, кинематическое дробление стружки.
А как и когда простой рабочий должен разбираться во всем этом, чтобы выбрать оптимальный режим решения задачи? До того ли ему в условиях реального производства? Андрей, оказывается, подумал и об этом. Все то, что изложено пока на бумаге, он собирается перенести на компьютерный диск, создав программу оптимального выбора технологии. Технологу или тому же рабочему будет достаточно ввести в персональный компьютер исходные данные; на дисплее тут же будет показан и оптимальный режим работы, и лучший инструмент для ее выполнения.
Точение в барокамере под статическим давлением СОЖ:
Р — статическое давление СОЖ; L — длина обработки; Sпп , Sпр — соответственно поперечная и продольная подачи резца.
Более того, разработанный алгоритм системного анализа-синтеза может в перспективе стать основой соответствующих систем «искусственного интеллекта». Стало быть, производственникам вскоре и вообще ломать головы не придется — станки сами во всем разберутся и все сделают.
Подумал, кстати, Андрей Тючков и о собственных перспективах. Он договорился с руководством своего лицея, что компьютерная программа, представленная им, будет зачтена ему как реферат по информатике вместо выпускного экзамена.
Рисунки автора работы