В этом номере мы расскажем о приставке для усиления света газовой лампы Ивана Старикова из Орла, об автомобиле без коробки передач Дмитрия Звягина из Курска и о костюмескафандре для полюса холода Ольги Федоренко из Омска.
АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО № 1111
ПРИСТАВКУ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ СВЕТА…
…газовой лампы предложил Иван Стариков из Орла. Она состоит из термоэлемента и нескольких светодиодов. В качестве термоэлемента Иван предлагает использовать термоэлектрогенератор типа того, что применялся в прошлом веке. Он надевался на керосиновую лампу и за счет ее тепла вырабатывал ток для питания радиоприемников.
«Как бы ни был мал КПД, в любом случае, питая светодиод, он даст прибавку света», — пишет Иван. С этим утверждением нельзя не согласиться. Прибавка будет, но какая? Прежде чем начать расчеты, напомним, что такое бытовая газовая лампа. Она состоит из укрепленной на баллоне сжиженного газа горелки, дающей почти невидимое бесцветное пламя. Своим теплом оно накаляет колпачок, содержащий соли редкоземельных элементов. Этот колпачок и дает свет.
В 1991 г. профессор Н.В. Рохлин замерил световой поток одной из таких ламп. Он оказался таким же, как у лампы накаливания мощностью 60 Вт — 900 лм. Тепловая же мощность газовой лампы достигала 600 Вт. Мощность излучаемого ею видимого света не превышала 2 Вт. Все остальное тепло (около 598 Вт) ушло с отработанными газами и невидимым тепловым излучением. Если это тепло направить в термоэлемент старого образца, имеющий КПД всего 1 %, то можно получить мощность около 5 Вт. Световые диоды такой мощности от карманного фонаря имеют световую отдачу около 30 лм/Вт и дадут дополнительный световой поток в 150 лм. Это означает, что, добавив его свет к свету газовой лампы, мы увеличим освещенность на 16 %. Достаточно ощутимая величина.
Но в последнее время появились в продаже термоэлектрогенераторы для питания электроники, имеющие КПД в 3 раза больше. От них могут работать более мощные светодиоды. При их световой отдаче в 60–80 лм/Вт освещенность будет удвоена. Между тем в Японии уже начинают применять термоэлектрогенераторы для питания полевых радиостанций, имеющие КПД 10 %. Питая светодиоды от таких термоэлементов, можно получить дополнительный световой поток, превышающий поток газовой лампы почти в 3 раза. И это далеко не предел, поскольку есть лабораторные образцы термоэлементов, развивающие КПД более 20 %.
Нужна ли такая система? Отвечаем: нужна. Ведь сегодня почти треть человечества живет при свете керосиновых и газовых ламп. Причем они создают немалые экологические проблемы. Ведь продукты сгорания керосиновых ламп отравляют земную атмосферу намного больше, чем электростанции, производящие энергию для другой части человечества, счастливо живущей при свете электрических ламп! Лампы с приставками И. Старикова резко улучшили бы жизнь людей и экологию Земли в целом.
Учитывая актуальность предложения, Экспертный совет принял решение удостоить Ивана Старикова Авторского свидетельства.
ПОЧЕТНЫЙ ДИПЛОМ
КОРОБКА ПЕРЕДАЧ…
…это едва ли не самый сложный и трудоемкий в изготовлении элемент автомобиля. Но… «Автомобиль может обойтись без коробки передач (КП), если построить его по моей схеме», — пишет Дмитрий Звягин из Курска. Его схема состоит из обычного двигателя, приводящего в действие компрессор, сжимающий воздух и закачивающий его в баллон. Колеса автомобиля вращают двигатели сжатого воздуха с золотниковым распределением. Эти двигатели, совершенно правильно полагает Дмитрий, должны обладать способностью автоматически (в силу их внутренней природы) приспосабливаться к условиям движения. Так, например, на подъеме, когда скорость уменьшается, замедляется вращение вала, а время открытия золотника возрастает. Воздух, поступающий в цилиндр, дольше действует на поршень своим полным давлением, и крутящий момент возрастает.
На хорошей дороге двигаться легче, скорость вращения вала растет, и в цилиндр успевает поступить меньше воздуха. Но он после этого расширяется и более полно отдает свою энергию. Крутящий момент уменьшается, что и нужно для быстрой езды по хорошей дороге. Для более глубокой регулировки скорости имеется кран, управляемый педалью газа, который изменяет начальное давление воздуха, поступающего в двигатели колес.
Все рассуждения юного изобретателя верны. Но схема известна. Автомобили с пневматическим приводом испытывались еще в 1920-е годы. Они действительно обходились без коробки передач, были очень удобны в управлении, но имели высокий расход топлива, так как на режимах движения с повышенным крутящим моментом в пневматическом двигателе происходило неполное расширения воздуха и энергия его пропадала даром. Пытались использовать эту энергию вторично, направив отработанный воздух в следующий цилиндр, и, получив дополнительную работу, повысить общий КПД автомобиля. Однако такой многоступенчатый пневматический двигатель получался громоздким.
Сегодня его размеры можно сильно сократить, перейдя на бесшатунную схему, и создать автомобиль без коробки передач. Но для этого нужна большая исследовательская работа. Следует заметить, что работы по пневматическим автомобилям в мире ведутся.
В Индии работают над автомобилем, в котором газ хранится в баллоне, заряжаемом на специальной станции. Это хорошая, экологически абсолютно чистая система. Однако она потребует создания сети зарядных станций по всей стране, что очень дорого.
Американские фирмы разрабатывают пневматический автомобиль, похожий по схеме на автомобиль Д. Звягина. В нем тоже есть компрессор, заряжающий баллон сжатым воздухом. Но он выполнен единым блоком с основным двигателем машины. Отличие в том, что пневматический двигатель соединен с колесами через коробку передач и всегда работает с большой скоростью при максимально полном расширении воздуха и, следовательно, при максимально полном использовании его энергии.
Поскольку главный двигатель автомобиля служит только для зарядки баллона, он всегда работает с постоянной скоростью, в наиболее экономичном режиме. При этом его выхлопные газы почти не содержат вредных веществ.
По утверждениям фирмы, пневматический автомобиль имеет расход топлива на 20–30 % меньше, чем обычный. Есть пути дальнейшего и очень значительного снижения расхода топлива. Но теория работы пневматического автомобиля пока разработана слабо.
Поднятая Дмитрием Звягиным тема своевременна и прекрасно проработана теоретически. Поэтому Экспертный совет присуждает ему Почетный диплом.
Разберемся не торопясь
КОСТЮМ ДЛЯ ПОЛЮСА ХОЛОДА…
…устроенный подобно скафандрам летчика или космонавта, предлагает Ольга Федоренко из Омска.
«В некоторых местах на Земле температура минус 70 °C, ревет ветер, условия ничем не лучше, чем на Луне. Так не стоит ли для таких мест создать скафандр со шлемом, защищающим лицо от ураганного ветра, да еще снабдить электрическим обогревом с питанием от миниатюрной электростанции, работающей от самого маленького авиамодельного моторчика? — пишет она.
Предложение интересное. Подобные костюмы еще в 1950-е годы разрабатывались для антарктических экспедиций. Практика показала, что создание закрытого шлема излишне. Он оправдывал бы себя только при урагане, когда человек не в состоянии устоять на ногах.
В тех же случаях, когда человек на сильном, холодном ветре сидит, например, на снегоходе или мотоцикле, то такой шлем оправдан и применяется. Для защиты от холода лыжников и альпинистов нередко применяются маски, снабженные устройством для химического подогрева. Но в последнее время стали применять маски и даже костюмы с электрическим обогревом.
Обычно они подключаются к бортовой сети снегохода или мотоцикла. Но мощность, необходимая для подогрева одежды, на удивление мала. Так, жилет, надеваемый под легкую куртку, потребляет всего 10–15 Вт.
Костюм для боевого пловца — не более 60 Вт. Такие мощности можно получать от легких аккумуляторных батарей. Мини-электростанция, которую предлагает Ольга, не обязательна.
Цена одежды с электроподогревом сильно снизилась, и вполне возможно, что она в ближайшие годы войдет в моду. Особенно удобна такая одежда для людей, которые, пользуясь автомобилем, вынуждены по нескольку раз в день покидать его в холодную погоду.
* * *
ВНИМАНИЕ: КОНКУРС!
Федеральное агентство по делам молодежи совместно с Московским авиационным институтом (МАИ) и Королёвским колледжем космического машиностроения и технологии (КККМТ) проводит бесплатную Всероссийскую заочную научно-техническую олимпиаду (ВЗНТО) по секциям: «Самолеты и вертолеты» и «Поршневые двигатели».
Победители олимпиады получат право поступления в КККМТ без вступительных экзаменов и право преимущественного зачисления в МАИ при прочих равных условиях.
Для получения более подробной информации об олимпиаде и льготах для победителей нужно отправить заявку в произвольной форме по адресам: 125993, Москва, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4, МАИ КТТМ и 141074, Московская обл., г. Королёв, ул. Пионерская, д. 8, КККМТ (Королёвский филиал Оргкомитета ВЗНТО).
В каждое письмо вложите пустой конверт с маркой и своим обратным адресом.