Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2006 № 12

Длина… 5,047 м

Ширина… 1,934 м

Высота… 1,654 м

База… 2,947 м

Объем двигателя… 5700 см 3

Количество цилиндров… 6

Мощность… 250 л.с.

Снаряженная масса… 1965 кг

Вместимость топливного бака… 75 л

Разгон до 100 км/ч… 8,8 с

Расход топлива в смешанном режиме… 13,2 л/100 км

В последние годы американские школьники полюбили соревнования моделей автомобилей и лодок на солнечной энергии. Правда, хотя скорость спортивных автомобилей с солнечными батареями превысила 100 км/ч, моделям до них далеко. Объясняется это тем, что их миниатюрные электродвигатели имеют КПД около 10 %. А после потерь в зубчатых передачах к колесу модели подходит менее 1 % энергии Солнца.

Как ни странно, повысить КПД модели можно почти в 10 раз, если установить на ней не электрический, а паровой двигатель (рис. 1).

Эта идея осталась бы неразрешимой, если использовать в модели традиционное вогнутое зеркало — элемент громоздкий и дорогой. Но его можно заменить легкими и дешевыми линзами Френеля, и это, пожалуй, единственный способ, позволяющий построить данную модель.

Линза Френеля, напомним, это тонкая, как бумага, пластина прозрачной пластмассы, на поверхности которой проштампованы канавки специальной формы. Они преломляют свет таким образом, что пластина превращается в собирающую линзу. На этой основе делают, например, очень легкие компактные лупы для просмотра журналов. В модели применены линзы Френеля размером 9x12 см. Такие можно купить в фотомагазинах примерно за сто рублей.

Работает модель так. Свет солнца концентрируется двумя линзами Френеля, направляется на плоские зеркала, а с них — на паровой котел, расположенный на раме модели. (На фотографии он прикрыт слоем алюминиевой фольги.) Вода в котле закипает, и пар по трубопроводу направляется к паровой машине. С ее вала мощность через замедляющую передачу подается на задние колеса (рис. 2).

Все агрегаты модели смонтированы на раме из уголков. Можно сделать их самому из жести толщиной 0,5–0,8 мм.

Технология здесь такова. Отрезаете полоску луженой жести 30x300 мм и посередине прочерчиваете резаком по стальной линейке канавку глубиною примерно 0,2 мм. По ней полоску сгибаете, линию сгиба пропаиваете и получаете аккуратный прямолинейный уголок с полками по 15 мм. Таких уголков для рамы сделайте не меньше трех. Она должна быть достаточно прочной, иметь точные прямые углы и целиком лежать в одной плоскости.

Если хоть одно из этих условий выполнено не будет, у вас появятся хлопоты при дальнейшей сборке и регулировке модели.

Сделать хорошую раму «на глаз» вам скорее всего не удастся. Лучше сделать простейшее приспособление под названием сборочный стапель.

Возьмите хорошо отструганную доску или ровный кусок фанеры, точно начертите на ней контур будущей рамы и забейте в него через каждые 50 мм гвозди диаметром примерно 1 мм. Вот вам и стапель.

Расположите по его периметру отрезки уголков и закрепите каждый из них с внутренней стороны 2–3 гвоздиками, после чего можете спокойно паять раму. (Напоминаем, что место пайки следует предварительно смазать раствором канифоли в спирту.) Работа пройдет легко и быстро, а рама получится точной и прочной. Чтобы снять готовую раму со стапеля, достаточно выдернуть несколько гвоздей.

Но не торопите. Ведь вам нужно еще напаять на нее проволочный каркас крепления линз Френеля, поперечные вставки — крепления плоских зеркал, станину паровой машины и замедляющую передачу. Сложнейшей частью модели является ее силовая установка, в особенности паровая машина. В продаже есть небольшие паровые машины для моделей судов. Но они дороговаты, поэтому можно изготовить ее самим (см. рис. 3).

Вот как эта машина работает. В верхней части цилиндра находится клапанная коробка, постоянно соединенная с паропроводом. В дне ее расточено на конус отверстие, в котором расположен точно притертый к нему клапан, напоминающий по форме гриб с ножкой. Давление пара плотно вдавливает его в отверствие, благодаря чему пар попасть в цилиндр поначалу не может. Поршень, двигаясь вверх, толкает эту «ножку»-хвостовик, и клапан приподнимается; пар начинает поступать в цилиндр.

Диаметр отверстия в клапанной коробке и длина хвостовика подобраны таким образом, чтобы давление в цилиндре нарастало медленно и поршень мог бы дойти до своей верхней мертвой точки. Затем он начнет двигаться вниз и в какой-то момент перестанет давить на хвостовик клапана. Подача пара прервется, а остаток его в цилиндре начнет расширяться, совершая полезную работу и при этом охлаждаясь.

В нижней части цилиндра просверлены отверстия, которые обычно бывают поршнем перекрыты. Но по мере его дальнейшего продвижения кромка поршня окажется ниже отверстий и отработавший, уже холодный, пар через них устремится наружу. Давление в цилиндре упадет до атмосферного, а поршень начнет двигаться вверх.

Цилиндр машины можно сделать из латунной трубки или гильзы охотничьего патрона. Поскольку стенки у гильзы очень тонкие, чтобы отрезать от нее кусок нужной длины и просверлить отверстия для выхода пара, при этом ее не смяв, вставьте в гильзу плотно подогнанный деревянный стержень.

Поршень для паровой машины можно отлить из свинца, залив его непосредственно в заготовку цилиндра, а можно использовать и эпоксидную смолу. При этом чтобы отливка не приклеилась, сверните из целлофана в 2–3 слоя трубочку и вставьте ее в цилиндр, так чтобы она там развернулась и плотно прижалась к стенкам.

Когда залитая в эту трубочку смола застынет, вы сможете вынуть заготовку будущего поршня. Обрежьте ее до нужной длины и приклейте к ней скобочку для крепления шатуна.

Теперь о клапанной коробке. Возьмите стальную или лучше латунную пластину толщиной 3 мм и сделайте из нее крышку цилиндра. Клапаном вам послужит винт диаметром 3–4 мм с потайной головкой. Винт подберите такой, чтобы у его головки был участок без резьбы. Просверлите в заготовке отверстие для клапана и раззенкуйте его. После этого вложите в отверстие будущий клапан и притрите к нему при помощи масла с добавлением наждака или толченого стекла. Работу удобно производить при помощи отвертки, вставленной в дрель. После этого крышку можно припаять к цилиндру и далее, опять же с помощью пайки, собрать всю коробку.