Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2000 № 11

Впервые реактивный летательный аппарат в качестве спасательного средства для космонавтов и летчиков высотных самолетов изобразил на одной из своих картин известный советский профессор Г.Покровский в 1936 году. А уже в конце 50-х годов появляются первые сообщения о разработке таких аппаратов для армии США. Первоначально источником энергии для них служили легкие баллоны со сжатым воздухом, снабженные соплом Лаваля и клапаном. При открытии клапана из сопла выходила со сверхзвуковой скоростью струя воздуха. (В некоторых случаях сжатый воздух выталкивал струю воды.)

Возникала реактивная тяга, достаточная для прыжка на высоту 5 — 10 м и в длину около 20 м.

Низкая энергоемкость таких двигателей — очевидный недостаток. Но есть у них и огромное достоинство — полная безопасность. Если струя из обычного ракетного двигателя способна расплавлять броневую сталь, то здесь температура, измеренная термометром, ниже минус ста. Клапан позволяет плавно изменять тягу, а значит, быстро взлетать и мягко, без удара, опускаться.

Следующее поколение летающих ранцев имело уже двигатели на перекиси водорода. Это вещество направлялось в камеру с катализатором, где разлагалось с выделением кислорода и водяного пара. Тяги таких двигателей хватало для безопасного подъема на 20–30 м и прыжка на 200 м.

Если же к перекиси водорода добавить, например, спирт, высота и дальность полета возросли бы в несколько раз. Однако обеспечить надежное управление такими двигателями очень трудно.

По последним данным, летающие ранцы оснащены небольшими турбовентиляторными двигателями. Они надежны, прекрасно управляемы, работают на обычном керосине. Человек с парой таких двигателей за спиной может пролететь более 20 км.

А вот одно из недавних предложений. Назовем его условно костюм-самолет (рис. 4).

Это скафандр удобообтекаемой формы с системой обеспечения жизнедеятельности. На нем укреплено крыло с парой двигательных установок по концам. Это могут быть турбовентиляторные двигатели или очень легкие поршневые с винтами. Запас топлива размещен в крыле и примыкающем к нему баке. В аварийной ситуации крыло может быть сброшено, а человек спасется на парашюте. Под оболочкой скафандра расположена система управления полетом и сохранения равновесия. Кнопочные органы управления расположены в особых рукавицах. На стекле шлема отображается панель управления и параметры полета, как это делается в кабинах современных истребителей. Взлет и посадка самолета-костюма производятся вертикально за счет тяги двигателей.

Далее направление тяги меняется, и пилот постепенно переходит в горизонтальный полет с использованием подъемной силы крыла.

Воздухоплавательная мода». Карикатура XIX века.

А теперь несколько цифр. Истребитель Второй мировой войны с мотором 1000 л.с. развивал 600 км/ч при весе 2,5 т. Можно ожидать, что самолет-костюм весом 150 кг достигнет такой скорости с двигателями мощностью 60–70 л.с. У многих возникает вопрос: сможет ли человек носить их на своих плечах? Думаем, сможет. Поршневые двигатели, выполненные из композиционных материалов, сегодня весили бы 10–15 кг. Еще легче бесшатунные и газотурбинные. Таким образом, названный нами взлетный вес, вероятнее всего, сильно завышен.

Очевидно, самолет-костюм открывает новые, революционные возможности не только в передвижении людей, но и в их общении друг с другом. Хорошо это или плохо, зависит только от пользователей. Поживем — увидим.

А.ИЛЬИН

Каких только подъемных механизмов не придумано за тысячелетия — от многотонных подъемных кранов до механических рук с искусственным интеллектом. Но и до сих пор необходимость поднимать непомерно большие грузы своими силами отнюдь не отпала. В таких случаях, как и сотни веков назад, мы применяем простые устройства. Не имеющие собственных источников энергии, они многократно увеличивают нашу силу.

Однако за это мы расплачиваемся уменьшением скорости и высоты подъема груза. На рисунке 1 показан подвижный блок.

Рис. 1

По соображениям симметрии можно сделать вывод, что вес груза должен делиться на две равные части между правой и левой половиной веревки, охватывающей блок.

Для того чтобы поднять груз на один метр, через устройство необходимо протащить два метра веревки. Но необходимая для этого сила в идеале составит лишь половину от веса груза. Таким образом, выигрывая в силе ровно вдвое, мы столько же проигрываем в пути, в скорости или во времени.

Действие подвижного блока можно разъяснить и через его аналогию с рычагом.

Однако приведенный нами вывод, основанный на симметрии, более общий. Во флоте, например, иногда вместо подвижного блока используется талреп — простая дощечка с отверстием для каната.

Ее действие, разумеется, можно вывести из свойств виртуального рычага, но это потребует акробатической работы мышления. В то же время соображения симметрии и здесь воспринимаются абсолютно естественно.

На рисунке 2 полиспаст — комбинация из нескольких подвижных и неподвижных блоков.

На первый взгляд кажется, что, взяв достаточно много блоков, можно получить любой наперед заданный выигрыш в силе. Однако в блоках существуют потери на трение. Трение в осях и трение веревки при движении по ручью блока. Эти силы быстро растут по мере увеличения числа пар, и выигрыш в силе значительно уменьшается, поскольку рабочему приходится тратить силы не только на подъем груза, но и на преодоление трения в самом полиспасте.

Полиспасты, состоящие более чем из 4–5 пар блоков, почти не встречаются.

Пользуясь имеющимися в кабинетах физики наборами блоков, можно показать, как быстро растут потери на трение (рис. 3).

При этом становятся очевидными и все трудности, связанные с изготовлением и применением сложных полиспастов. В частности, постоянное спутывание нитей, соскальзывание их со шкивов. Все эго привело к изобретению широко применяемого в технике разностного (дифференциального) полиспаста, о котором в школьном курсе нет ни слова (рис. 4).