Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2007 № 11

Мы этот ужас не видим: свет сверхновых не скоро дойдет до Земли. Но, когда выпадает подходящий момент, я стараюсь поговорить с ним о звездах и о шарах несравненно меньших размеров. Например, о планетах. О том, что может случиться с их обитателями, если кто-то, словно несмышленый ребенок, захочет в них чем-нибудь бросить или как-то иначе жестоко с ними обойтись.

Я пытаюсь внушить сыну мысль о том, что любое живое существо — это тоже планета. А иногда и звезда.

Пушок при этих разговорах неподвижно сидит на коленях у сына, время от времени вспрядывая ушами. Я думаю, он слышит, что шепчут звезды. Интересно, что они ему говорят?

В этом выпуске мы расскажем о ветроагрегате Вячеслава Николаеваи Сергея Поливановасо Станции юных техников г. Тулы и волновой электростанции Сергея Полозковаиз Москвы.

ВЕТРОАГРЕГАТ ДЛЯ СРЕДНЕЙ ПОЛОСЫ РОССИИ

В начале прошлого века общая мощность ветряных мельниц России достигала огромной величины — 1,5 миллиона киловатт! После революции мельницы практически исчезли, а сегодня первенство по использованию ветра принадлежит Германии, где построено множество ветроэлектростанций суммарной мощностью около 6 миллионов киловатт.

В России ветры несут в тысячи раз больше энергии, но взять ее не просто. Среднегодовая скорость ветра, например, в районе Тулы составляет 3,4 м/с. А современные ветроустановки при скорости ветра менее 5 м/с выдают лишь 2 % своей мощности. Полноценно обычный ветряк может здесь работать лишь 36 дней в году. Эта ситуация характерна для всей средней полосы России.

Почему же ветряк не эффективен при малых скоростях ветра? Сила, действующая на лопасть винта ветродвигателя, по природе своей ничем не отличается от подъемной силы крыла самолета. В обоих случаях она пропорциональна квадрату скорости набегающего потока.

Уже отсюда видно, что при уменьшении скорости ветра, например вдвое, сила, действующая на лопасть, должна уменьшится в четыре раза. Мощность же ветродвигателя при этом снижается в восемь раз. Так и происходит у маленьких ветродвигателей мощностью до 1 киловатта, оснащенных жесткими винтами, не меняющими угол наклона лопастей.

Более мощные ветряки обычно оснащены винтами переменного шага. Они автоматически увеличивают «угол атаки» — наклон лопасти по отношению к ветру, и действующая на нее сила вновь возрастает. Но этот способ имеет предел.

Как только угол атаки станет чрезмерно велик, поток воздуха срывается с лопасти, распадается на множество вихрей и вообще перестает ее толкать. Если же этот предел каким-то образом отодвинуть, то ветродвигатели будут работать при самом малом ветерке.

Для этого Вячеслав Николаев, Сергей Поливанов, а также их руководитель Владислав Александрович Куловский предлагают использовать в ветродвигателях принципы, положенные в основу крыла одного очень любопытного самолета.

В 1935 г. владелец крупной немецкой авиафирмы Герхардт Физлер и авиаконструктор Рейнхольд Мевес создали самолет Физлер Fi-156 «Шторх» («Аист»). Это был самолет связи, спасения и разведки с размахом крыльев 14,5 м и весом 1325 кг. При скорости встречного ветра 3,6 м/с он садился на полосе длиною всего 15 м — меньше, чем две длины его фюзеляжа.

При большом увеличении угла атаки происходит отрыв потока на верхней поверхности крыла. Подъемная сила резко падает, но стоит открыть предкрылок, струя воздуха прижмет поток к крылу и подъемная сила возрастет.

Крыло с предкрылком и закрылком.

Конструкция крыла допускала значительное увеличение угла атаки. У Fi-156 «Шторх» по всей передней кромке крыла располагался предкрылок. Между ним и крылом всегда оставалась небольшая щель. При больших углах атаки из этой щели вырывалась струя воздуха, которая препятствовала отрыву потока от верхней поверхности крыла. Благодаря этому нормальное обтекание крыла сохранялось, а подъемная сила заметно возрастала даже при очень больших углах атаки.

На задней кромке крыла, примерно на половине его размаха, располагался поворотный закрылок, направлявший стекавший с крыла воздух вертикально вниз. Подъемная сила от этого возрастала еще больше.

Единственный сохранившийся « Шторх» и сегодня может летать.

По такой примерно схеме изобретатели предлагают делать лопасти ветродвигателя. На передней кромке лопасти, как и у крыла самолета «Шторх», будет закреплен предкрылок, а на задней — поворотный закрылок. Управление таким винтом несколько усложнится: при большой скорости ветра закрылок и нижняя поверхность крыла как бы вытянуты в одну линию. При некотором уменьшении скорости ветра автомат начнет увеличивать угол атаки. При дальнейшем ее уменьшении начнется поворот еще и закрылка. Как показывает расчет, ветряк с таким винтом в условиях Тулы и средней полосы России будет вырабатывать за год в четыре раз больше энергии, чем обычный. В Германии, ветряки с винтами обычного типа дают электроэнергию по цене энергии, отпускаемой тепловыми электростанциями. Электроэнергия ветряков с винтами Вячеслава Николаева и Сергея Поливанова будет в 4 раза дешевле. По мнению Экспертного совета, предложение, несомненно, заслуживает авторского свидетельства!

УЛАВЛИВАТЬ ЭНЕРГИЮ МОРСКИХ ВОЛН…

…при помощи сферического поплавка с электрогенераторами внутри предложил Сергей Полозков из Москвы. Устройство представляет собою полый шар, «надетый» на штангу с четырьмя пазами, закрепленную на дне моря. В каждом пазу штанги зубчатая рейка. С каждой рейкой соединены шестерни, связанные с валом электрогенератора. Под действием волн поплавок, то поднимаясь, то опускаясь, заставит шестерни катиться по зубчатой рейке. Их вращение приведет в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Энергией морских волн люди интересуются очень давно. Первая установка с насосами, работающими от морских волн, ударяющих в специальные пластины, была построена неподалеку от Нью-Йорка еще в 1899 году. А одна из последних — в 2006 г. у берегов Израиля. Она состоит из пары поплавков, соединенных со штоками масляных насосов. Создаваемый ими поток масла питает масляный гидродвигатель, а уж он вращает генератор.