Юный техник, 2000 № 09
Шрифт:
Применяются такие устройства и в газовых турбинах. Здесь на разгрузочный поршень действует сжатый воздух. А «воздушная смазка» на опорных подшипниках дает им вечную жизнь. Слегка переделанные газовые турбины, предназначенные для наших тяжелых бомбардировщиков, в 50-е годы стали ставить на газоперекачивающие станции. И многие из них без капитального ремонта работают по сей день.
Воздушная смазка находит применение не только в агрегатах большой мощности. На рисунке 2 показана воздушная микротурбина, применяемая для скоростного вращения ампул с химическими препаратами в ЯМР-спектрографе — приборе, определяющем структуру молекул по их способности поглощать радиоволны в магнитном
Микротурбина состоит из статора с коническим углублением, в котором установлен конический ротор. Через отверстия в статоре подводится воздух. Ротор всплывает в его потоке, отрываясь от поверхности на десятые доли миллиметра, и трение между ротором и статором полностью исчезает. А воздушный поток, текущий по поверхности ротора, заставляет его вращаться. При давлении в три атмосферы скорость вращения достигает 1500 оборотов в минуту. Благодаря воздушной подвеске такая турбина обладает еще и способностью к самобалансировке — автоматическому совмещению центра масс с осью вращения. Это устраняет вибрацию.
Принцип работы, основанный на использовании трения газа как силы, движущей ротор турбины, предложил в начале века знаменитый сербский электротехник Н. Тесла. А в наше время воздух удалось обучить и еще одному делу.
Представьте себе лоток с множеством отверстий, из которых вытекают воздушные струйки. Они поднимают положенную на лоток деталь, и… чудеса! Под действием легкого толчка деталь медленно, словно в кино, скользит по инерции, одолевая при этом десятки метров. Как?! Это противоречит нашему обиходному опыту. Никаких особых сил для обретения скорости мы к детали не прикладывали!
А объясняется все легко. В обычных условиях, когда сила трения велика, составляя подчас более 10 % от веса тела, на преодоление ее расходуется кинетическая энергия, например, в виде толчка клюшкой шайбы. Воздушная же смазка уменьшает трение в сотни раз. Соответственно уменьшается и энергия, необходимая для его преодоления.
Предметы оказываются способными двигаться по инерции на большие расстояния с ничтожными начальными скоростями. Получается идеальный конвейер.
Этот эффект додумались использовать и в учебных целях. Изучая законы механики, желательно иметь возможность наблюдать за соударением тел. Измерять их скорости до и после удара. Процесс этот в обычных условиях происходит слишком быстро. Измерения приходится производить либо косвенными методами, либо с помощью довольно сложной аппаратуры, от чего теряется наглядность.
Применение же воздушной смазки позволяет проводить наблюдение при «ползучих» скоростях. А измерение производить при помощи линейки и секундомера. На рисунке 3 показано одно из простейших устройств для такой демонстрации.
Оно представляет собой закрытую с двух концов трубу квадратного сечения, к которой подведен воздух от пылесоса. В верхней части трубы насверлено множество отверстий. «Пробными телами» служат два легких уголка, всплывающие на струях воздуха. Почти не меняя скорости, они проходят метровое расстояние, скользя по воздушной смазке, за 5 — 10 секунд. При этом хорошо наблюдается упругий удар с изменением скоростей. А чтобы он не был упругим, на краях уголков укрепляют кусочек липкой ленты. После соударения тела склеиваются
Все детали такой установки могут быть сделаны из оргстекла.
А вот проект устройства для наблюдения соударений тел под углом. Это прозрачный короб, вмонтированный в стол, — примерно так монтируют волновые ванны. Снизу короб освещен точечным источником света. И все происходящее на его поверхности хорошо видно на потолке в теневой проекции. На верхней стенке короба множество отверстий. В короб нагнетается воздух от пылесоса. Пробными телами служат разноцветные пластмассовые кружки.
Не исключено, что, используя заряженные тела, на подобной установке удастся продемонстрировать и законы Кеплера, а может быть, и квантовые эффекты. Тут все зависит от вашей фантазии.
А.ИЛЬИН
Рисунки автора
СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ
ЦАГИ на лабораторном столе
Сегодня вновь становятся популярны комнатные летающие модели. Их конструирование и постройка само по себе дело занимательное, к тому же ему можно придать характер настоящей научной работы. Нужно лишь обзавестись аэродинамической трубой. Скорость полета таких моделей часто не превышает 1–2 м/с при размахе крыльев 300–400 мм. И трубу для их продувки нетрудно сделать на основе крупного бытового вентилятора, который дает поток со скоростью 5–6 м/с.
Сделанная на его основе аэродинамическая труба позволит обдувать «модели моделей» в масштабе 1:2–1:3.
Обладая такой установкой, вы намного опередите своих соперников по части «летного опыта», да и на уроке она не будет бесполезна.
Описание одной из таких конструкций давалось в журнале «Самолет» № 3–4 за 1938 год.
В широкой части трубы размещался вентилятор мощностью 100 Вт. Добавленное к ней сужающееся сопло служило для увеличения скорости потока. Как можно судить по расчету, скорость его могла достигать 20–25 м/с. Для аэродинамической трубы очень важно иметь поток без завихрений, которые создают лопасти вентилятора. Их устраняет решетка из жестяной полосы шириной 100 мм, сложенной в виде гармошки.
Для наших целей сопло не требуется. Но решетка необходима. Она, как и корпус трубы, может быть сделана из картона или даже ватмана (рис. 1).
Действующую на продуваемую модель его подъемную силу в старом журнале предлагалось измерять при помощи торговых весов с гирями. В нашем распоряжении куда более чувствительные школьные аэродинамические весы. Местные особенности ее обтекания можно оценить с помощью опять же школьного микроманометра.
Но как наблюдать режим обтекания?
Часто пытаются проявить его с помощью дыма. Громоздкий и очень неудобный способ. Есть другой, также предложенный журналом «Самолет».
В поток вводятся тонкие раскаленные током до темно-красного каления проволочки. Обтекая каждую проволочку, воздух нагревается и движется далее в виде тонкого горячего слоя. Но с повышением температуры возрастает показатель преломления воздуха. Таким образом, в аэродинамической трубе образуется поток, состоящий из большого числа слоев, окрашенных… теплом.