Размышления по поводу одной модели

Дата публикации: 01-06-2014

К вездеходам будущего наш журнал обращался не раз. Мы рассказывали о проектах и машинах, которые строят взрослые, знакомили вас с моделями, сделанными юными техниками.

Шароход, который предлагает школьник из поселка Вахру- ши Кировской области Игорь Девятьяров, тоже вездеход — разведчик космических планет. Проект Игоря показался нам интересным и перспективным, поэтому мы решили не ограничиваться разговором только о модели.

Слово инженеру А. Ильину.

На модели шарохода Игорь показал и проверил ряд своих идей, которые, как он считает, способны сделать вездеходы более легкими и надежными, придать им высокую проходимость и способность к длительному автономному действию.

В качестве движителей Девятьяров предлагает использовать два шарообразных колеса большого диаметра. Подобные колеса оказывают слабое давление на грунт, а в случае необходимости могут служить еще и поплавками.

Надо сказать, что работы над вездеходами с шарообразными и сферическими колесами большого диаметра проводились и проводятся во многих странах. Выяснилось, что такие машины способны передвигаться по болотам и лесным завалам, переплывать реки. Узнали инженеры и другое: на хорошей дороге большие колеса неудобны. Они не позволяют развивать большую скорость и приводят к повышенному расходу топлива.

Широкое применение нашли так называемые арочные шины, по форме очень похожие на шар. Их диаметр не больше, чем у обычных. Грузовик, оснащенный такими шинами, по проходимости может соперничать с танком.

Но вернемся к вездеходу Игоря. Работает он от электродвигателя, а значит, ему нужны аккумуляторные батареи, которые пока довольно тяжелы. В некоторых электромобилях их вес составляет половину общего веса. Для перевозки такой тяжести приходится делать более прочными, а значит, и более тяжелыми кузов, раму, подвеску и т. д. В результате резко сокращается полезный груз.

Выход из создавшегося положения Игорь видит в расположении аккумулятора внутри колеса, вместе с двигателем и редуктором. Благодаря этому кузов и подвеска будут предельно легкими.

Каждое колесо представляет собою независимый, герметически закрытый силовой агрегат.

Передачу энергии от двигателя к колесу юный конструктор решает своеобразно. Помните, как бегает белка в колесе? А теперь представьте себе белку на колесе (рис. 1а). Она взбирается по колесу снаружи и катит его своим весом.

А теперь давайте разберемся, как устроено колесо Игоря и работоспособно ли оно.

На оси колеса насажен агрегат из редуктора, электродвигателя, аккумуляторной батареи (рис. 1 в). Двигатель благодаря насаженной на его вал малой шестерне взбирается (вместе с аккумулятором) на большую шестерню, подобно белке. Вес этого агрегата (назовем его энергетическим) и вращает колесо.

Нетрудно подсчитать, какова сила тяги, развиваемая таким колесом. Для этого мысленно представим себе, что мы остановили энергоагрегат, а также колесо в точке А (рис. 16).

При движении по отличной дороге под действием веса Р агрегата в точке А возникает сила F, равная развиваемой колесом тяге. Получим типичную для курса физики 6-го класса задачу по теме «рычаги»:

где г — расстояние от центра тяжести колеса до его оси, а R — радиус колеса.

Сила F могла бы быть максимальной, если бы центр тяжести энергетического агрегата находился у самой поверхности колеса, то есть если бы r=R. В жизни добиться этого нельзя, поэтому считают, что г^ 0,5— 0,6 R. Значит, тяга, развиваемая колесом, составит примерно 50—60% от веса энергетического агрегата.

Сегодня электродвигатель и редуктор можно сделать легкими, другое дело — аккумулятор. Поэтому на них обычно

уходит 90—95% веса энергетического агрегата. Мощный автомобиль способен разгоняться с ускорением 2—3 м/с2. Это значит, что колеса развивают тягу, равную 20—30% от его веса.

Для того чтобы обеспечить автомобилю с шарообразными колесами подобную тягу, аккумуляторные батареи должны составлять 40—60% от его веса. В современных электромобилях дело примерно так и обстоит. Значит, привод, предложенный Игорем, в принципе работоспособен.

А как быть, если аккумуляторы электромобилей станут легче? Ведь тогда привод, предложенный Игорем, будет менее эффективным. Можно ли его усовершенствовать? Разумеется. Одно из решений вы видите на рисунке 2.

Через сферическое колесо проходит неподвижная полуось. На ней жестко закреплен энергетический агрегат, состоящий из электродвигателя и аккумулятора. Связь двигателя с колесом осуществляется через шестерни и полый Еал. Как видите, в этом случае весь объем колеса можно занять аккумулятором. Реактивный момент через полуось передается на корпус вездехода. В данной конструкции сложнее получить герметичность, но проще подпитывать аккумуляторы от солнечных батарей. Электропровода можно подводить через полуось. По своей тяговой характеристике автомобиль с таким колесом не уступает обычному, причем кузов у него более легкий.

А теперь поговорим о плюсах и минусах проекта Игоря Девятьярова.

Всю свободную поверхность вездехода, включая и колеса, Игорь предлагает покрыть солнечными батареями. Они будут улавливать не только прямые солнечные лучи, но и лучи, отраженные от почвы и окружающих предметов. При этом значительно увеличится получаемая от солнечных лучей мощность, а габариты вездехода останутся прежними. Можно предположить, что на снежной равнине, как известно, прекрасно отражающей свет, мощность, снимаемая с батарей, окажется почти в два раза больше, чем на местности, покрытой, например, торфом.

К такому выводу и способу расположения приемников солнечной энергии пришла недавно одна из зарубежных фирм, занимающаяся разработкой автомобиля на солнечной энергии.

Управлять работой двигателя Игорь Девятьяров предполагает по радио, из кабины водителя. Поворот же машины осуществлять за счет изменения скорости вращения колес (танковая система). В этой идее есть рациональное зерно, хотя можно поспорить с тобой, Игорь, о целесообразности применения радиосигналов для управления двигателями. Ведь они подвержены помехам, да и смогут ли свободно проходить радиоволны через колеса?

Нам думается, что кабельная связь или ультразвуковые волны будут более надежными.

Как известно, при вращении колес обычного автомобиля возникает реактивный момент, способный оторвать передние колеса от земли. (Нередко гоночные автомобили из-за этого теряют управление при старте.)

Колесо Игоря создает ничтожный реактивный момент. Причем оно может катиться, повинуясь радиосигналу,, даже будучи снятым с автомобиля. Но если почему-либо вездеход встретит большее сопротивление, чем развиваемая им сила тяги, и колеса остановятся, тяжелый энергетический агрегат начнет вращаться вокруг оси колеса.

По мнению Игоря, это спасет двигатель от перегрева. Верно! Но какой ценой? При вращении столь тяжелой неуравновешенной массы возникнет сильнейшая вибрация, способная разрушить всю машину! Допускать подобное, конечно же, нельзя. А что касается защиты от перегрева двигателя, то есть множество более надежных способов, не приводящих к каким-либо опасным последствиям.

Перспективен ли привод Игоря Девятьярова? Думаем, что да. Попробуем показать это на примерах.

Недавно в прессе прошла информация о тягаче, имеющем 576 колес. Каждое колесо приводится в движение отдельным электродвигателем. На борту расположена специальная электростанция, питающая эти двигатели. Представьте себе, насколько бы упростилась такая машина, будь на ней колеса Игоря!

А известный с давних времен интрацикл? Некоторые зарубежные фирмы, например, пытаются построить вездеход- интрацикл, в котором и экипаж и двигатель будут располагаться внутри сферического колеса (рис. 3). Наблюдение за дорогой будет вестись через телекамеры, а поворот осуществляться за счет вращающего момента, возникающего при изменении наклона оси маховика (гироскопический эффект).

Подобный интрацикл легко сделать полностью герметичным. Благодаря сферической форме он способен выдерживать большие давления. Область применения таких аппаратов на Земле пока трудно представить, а в космосе… Попробуйте вы, ребята, пофантазировать.

Конечно же, есть и более простые интрациклы. Например, в прошлом веке был построен велосипед, внутри колеса которого в специальной люльке сидел человек и вращал педали. Предлагались и другие варианты (рис. 4).

Известны также многочисленнее попытки создания одноколесных экипажей, действующих по принципу белки в колесе (рис. 5). По существу, они представляют собою моторную тележку, катящуюся внутри колеса. Управление моноциклом осуществляется либо наклоном в сторону, как при езде на велосипеде, либо с помощью дополнительных боковых колес управления. Можно использовать и танковую систему управления. Подобные машины могли бы быть высоко проходимыми вездеходами, но и у них есть пока недостатки, не позволяющие строить их серийно.

А. ИЛЬИН

Рисунки В. СКУМПЭ

Все самоделки, о которых мы рассказываем в этом номере, демонстрировались на VIII Всероссийском слете юных рационализаторов и конструкторов в Ярославле.

Случайное

ГЭС без плотины

Изучаем резонанс

Владимир Михановский. Аполлон

«Каждый зажигает свой костер»

Ответы на задачи, напечатанные в № 5

Кухня по-научному

Факты известны, но…

Квадраты, кубы и лампочки

Электрофонная точность

Физик придумал станок

Электричество— по трубам

«Солнцемобиль»

На дистанции — виндгляйдер

Зеркала для гелиоустановок

Отзовись, ионосфера!

Новое Случайное Нас нашли

©2009-2014  Адрес в интернете: http://unteh.ru