Разработки

КАТОЛЕТ СТАРТУЕТ В ЗАВТРА

11.07.2014
КАТОЛЕТ СТАРТУЕТ В ЗАВТРАНа столе — целый парк необычных транспортных «машин»: ни колес, ни гусениц, ни лыж. И тем не менее они движутся. Но и само их движение тоже необычно: одновременно и по земле и по воздуху. Не случайно создатели назвали их католетами. Этим небольшим моделям принадлежит большое будущее: они открывают совершенно новое направление в эволюции транспорта. На разработанные в Краматорске инерционно-импульсные машины Комитет по делам изобретений и открытий выдал три авторских свидетельства.
Впервые в мировой практике реально доказано, что повышения эксплуатационных характеристик транспортных средств можно достигнуть, используя в качестве движителя не колесо, как считалось до сих пор, а... часть колеса: сам корпус машины в форме полусферы служит движителем.
 
Новый вид транспорта обещает быть более экономичным, воистину вездеходным; способным передвигаться по суше и по воде, преодолевать глубокий снег, пески и болота.
 
В природе наблюдается парадоксальная закономерность; чем ниже по своему развитию живые существа, тем больше ног им требуется для передвижения. Вспомните, у гусеницы и сороконожки их несколько десятков; у мух и жуков — лишь шесть; у стопоходящих животных — четыре, а у человека — всего две.
 
Техника уже многое позаимствовала у природы. Но если следовать упомянутой закономерности, более совершенным вариантом, скажем, для транспорта стал бы автомобиль без колес: с одноопорным движителем. Детище краматорских изобретателей соответствует именно этой парадоксальной гипотезе: у него действительно одноопорный движитель, в роли которого выступает... сам корпус машины, а в качестве движущей силы — инерционный импульс.
 
От машины Дина — к импульсным вездеходам
 
Здесь сразу вспоминается нашумевшая несколько лет назад история с так называемой инерционной машиной Дина. Эксперт по закладу недвижимостей, любитель-дилетант в области конструирования механических систем, Норман Дин три года штурмовал патентные службы США, пока не получил патент № 2886976 на «Приспособление для превращения вращательного движения частей системы в прямолинейное движение самой системы». У аппарата не было привычных движителей; он должен перемещаться за счет возникающих внутри его инерционных сил. Однако он мог лишь дергаться на горизонтальной поверхности -— и только.
 
Скорострельная пальба сенсационными публикациями о машине Дина вскоре затихла, и о новоявленном техническом чуде стали понемногу забывать. Тем более что подобного рода аппараты якобы противоречили законам физики.
 
Но в том-то и дело, что находятся люди, нет-нет да и задумывающиеся над «абсурдами» природы, несмотря на то, что на них в науке давно наложен запрет. Эти безумцы-энтузиасты даже не пытаются что-то опровергнуть: они просто строят действующие «импульсные движители», «внутриходы» (см. «Моделист-конструктор» № 5, 1975 г. и № 3, 1978 г.), «энерголеты», «гелиолеты», «гравилеты».
 
В самом деле, ведь и до Дина многие неуемные изобретатели работали над созданием инерцоидов. Так, в 1927 году Г. Шиферштейном был получен патент № 10467 на принципиально новое средство передвижения по земле. Машина опиралась на грунт четырьмя лапами, упруго прикрепленными к кузову. Двигатель вращал грузы, эксцентрично укрепленные на осях. Раскручиваясь, грузы приводили кузов в колебательные движения. Интенсивная вибраций воспринималась опорными лапами, упругие толчки которых заставляли повозку перемещаться. Было ли то движение равномерным и с какой скоростью «каракатица» продвигалась вперед, об этом сообщений не сохранилось.
 
В 1939 году к руководителю Института механики АН СССР академику Н. Е. Кочину пришел молодой сотрудник и попросил помочь разобраться в одной идее. Ее суть поясняла простенькая модель: в герметичной коробке помещалась гирька с механизмом, толкающим ее в разные стороны. Если движение гирьки в одну сторону было резким, то в другую замедленным — и модель заметно продвигалась в сторону резких толчков.
 
С позиции механики факт налицо, а вот с точки зрения классической физики идея казалась абсурдной, ибо известно, что в замкнутой системе сумма моментов сил, как бы велики они ни были, обязательно равна нулю. И все же академик заинтересовался идеей молодого изобретателя. Несмотря на то, что она не просто посягала на устоявшиеся законы физики, а «опровергала» их. Более того, наглядно демонстрировала работу сил замкнутой системы, которая двигала модель, не выбрасывая никуда реактивной струн и как будто бы ничем специальным не отталкиваясь от окружающей среды.
 
В последующие годы подобными машинами с разной степенью эффективности занимались многие. Действующий инерционный аппарат был построен в 1959 году в Сибирском металлургическом институте в городе Новокузнецке. Более 30 лет работал над инерцоидами пермяк В. Н. Толчин. Движущихся тележек и прочих подобных механизмов у него было несколько десятков. Генеральный конструктор по авиационной технике, академик АН УССР О. К. Аптонов отметил, что приборы В. Н. Толчина (разумеется, усовершенствованные) можно применить во многих отраслях техники.
 
Особо урожайным на подобные идеи было начало 60-х годов. Строит ннерцоид москвич В. Турик. Сотрудниками института НАМИ С. И. Купцовым и К. С. Карпухиным создан импульсный фрикционный движитель для самоходных систем, состоящий из плиты и шарнирно прикрепленных к ней двух грузов-дебалансов, вращающихся в противоположные стороны. Подобные работы ведутся и за рубежом. В 1965 году в Англии патент получает Бернгарт Бейерлайн: его машина, как и все предыдущие конструкции инерцоидов, тоже перемещалась медленно, толчками, с периодическими остановками-паузами. Большую часть энергии агрегат затрачивал на трамбовку земли, где его, собственно, и собирались использовать. Кстати, в 1974 году отменный инерционный уплотнитель бетона подобного типа предложила западногерманская фирма «Лозенхаузен машиненбау» (советский патент № 421167, 11—74). Несколько инерцоидов построили киевский инженер В. В. Зайцев, ленинградец, кандидат технических наук Э. В. Ганов (см. «Моделист-конструктор» № 3, 1980 г.). Однако еще многие относятся к поискам подобного рода весьма скептически. И напрасно. Академик Р. Г. Сагдеев как-то сказал: «Где большое противоречие — там большое открытие».
 
Рождение католета
 
И вот после некоторого затишья появляется новое слово в технике, прозаически названное: «транспортное средство». Неужели и на этот раз лишь вариация на тему инерцоидов? Или шаг вперед, граничащий с попыткой совершить переворот в вездеходной транспортной технике?
 
Их двое, энтузиастов разработки необычных машин, не похожих ни на одну из существующих. Марат Владимирович Чернин, выпускник МВТУ имени Н. Э. Баумана, работает на Новокраматорском машиностроительном заводе имени В. И. Ленина руководителем группы исследовательско-конструкторского бюро. У Чернина, как у истинного изобретателя, много любопытных поделок. И вот одно из его последних изобретений — «Транспортное средство» (а. с. № 389943, бюл. 2973) — работа, которой отданы долгие годы, бессонные ночи, выходные, отпуска. Соавтор изобретателя Ю. В. Подпругин тоже приехал в Краматорск после окончания МВТУ. Четыре года совместных работ привели к успеху, в который первое время никто не хотел верить.
 
— Вот взгляните на любопытный документ, ввергший когда-то нас в уныние, — говорит Марат Владимирович.
 
«...Предлагаемая конструкция самодвижущегося агрегата является неработоспособной. Главная ошибка авторов заключается в утверждении, что иод действием центробежных сил от вращающихся в разные стороны грузов корпус агрегата будет совершать непрерывное движение» — таково было заключение эксперта.
 
— В то время у нас еще не было хорошей действующей модели, — рассказывают изобретатели. — Многих, видимо, смущало и то обстоятельство, что мы не транспортники, а посему ничего путного изобрести в этой области не должны в соответствии со знаменитым высказыванием баснописца Крылова: «Беда, коль пироги начнет печи сапожник, а сапоги тачать пирожник».
 
КАТОЛЕТ СТАРТУЕТ В ЗАВТРА
 
Однако совершите хоть небольшой экскурс в историю техники. Крупному польскому пианисту Иосифу Гофману принадлежит более 60 запатентованных технических изобретений. Канадец Бресс предложил в свое время абсолютно необычное транспортное средство для быстрой связи между Америкой и Европой. Специалисты НАСА (Американское национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства) дали положительное заключение по новшеству. А автор проекта по профессии... скрипач. Кстати, другой известный скрипач, американец Иегуди Менухин, в 1940 году предложил ВВФ США купить у него изобретенную нм... бомбу. А Пьер Бомарше, значительно усовершенствовавший часы и арфу? А Сэмюэль Клеменс, более известный миру как писатель-юморист Марк Твен, запатентовавший «механизированный» блокнот и книжный шкаф с раздвижными полками? Ничто не помешало художнику Самюэлю Морзе изобрести телеграфный аппарат и особую азбуку к нему; натуралисту Джону Мюйеру (США) — одну из первых обучающих машин; философу Френсису Бэкону — очки; артисту и композитору Глебу Котельникову — парашют, а врачу Дени Панену — паровой двигатель!
 
С другой стороны, в свое время начисто отвергались многие великолепные идеи Эдисона, Ломоносова, Циолковского (который, кстати, предлагал с помощью инерцоидов покорять мировое пространство).
 
Тем не менее, убедившись, что на словах отстаивать идею трудно, краматорские инженеры начали вечерами разрабатывать и строить модели, призванные подтвердить реальность идеи «для неверующих». Сейчас у них целый католетопарк. Изобретатели ввели и специальный термин для своих детищ — «католеты».
 
Прежде чем рассказать о сути данного изобретения, вкратце вспомним элементарную теорию инерцоидов. Основой любого такого аппарата служит генератор механических колебаний. Если вы, например, начнете вращать шнур с грузом на конце, то получите генератор ненаправленных колебаний. Если же возьмете в руки по гантели и начнете синхронно вращать руками, то получите подобие генератора направленных колебаний. При этом обратите внимание, что в момент, когда обе гантели будут находиться внизу, центробежные силы также будут направлены вниз, и ваш вес как бы увеличится на сумму центробежных сил, возникающих при вращении. Когда же гантели проходят верхнее положение, то и центробежные силы, опять же складываясь, тоже будут направлены вверх. Причем если грузы довольно тяжелые, а вращательные движения очень быстрые, то теоретически при каждом взмахе вы должны будете подпрыгивать, так как при определенных условиях центробежные силы будут гораздо больше вашего веса. На этом принципе основана и работа всех инерцоидов. Если похожий направленный вибратор укрепить на санках или коляске, то при включении движителей те начнут дергаться взад вперед. Но поступательного движения здесь еще не будет. Поэтому перед многими экспериментаторами неизбежно вставал вопрос: как нейтрализовать задний откат, оставив лишь полезный импульс, направленный вперед?
 
— Некоторые используют находку северных охотников, подбивающих низ лыж шкурой нерпы, с зализанным в одну сторону мехом. Однако имитировать это техническими средствами слишком кустарно, — говорит Чернин. — У нас решение проблемы кроется в самой конструкции механизма Во-первых, корпус аппарата имеет криволинейное днище, наподобие половинки мяча. Во-вторых, генератор механических колебаний смещен от центра масс в сторону. А для равновесия в противоположной стороне корпуса находится противовес, установленный под углом 30° к вертикальной оси. И, в-третьих, генератор механических колебаний должен при необходимости вращаться по кругу в корпусе аппарата — для маневрирования. Вот, собственно, и вся конструкция, — заключил автор.
 
Как же совершается движение, работа аппарата? Сила тяги транспорта всегда оказывается направленной по одной линии: то вниз-назад, то вверх-вперед. В первом случае корпус католета перекатывается, как обычное колесо. Когда же грузы вибратора займут противоположное верхнее положение, то католету ничего не остается, как лететь, «вращаясь» по часовой стрелке. Принципиальное отличие рассматриваемой схемы движения в том, что в любой момент, куда бы ни была направлена суммарная центробежная сила вибраторов, равнодействующая всех сил будет только разгонять центр масс (точку О) машины и никогда не затормозит ее.
 
...Но на таких самоходных качелях далеко не уедешь, укачает па первом же километре? Напротив. Это только кажется, что католет четко фиксирует этапы качения и полета, и должен «клевать» или перекатываться вразвалку. На деле смена направлений тяги проходит мгновенно: ведь вибраторы могут вращаться со скоростью тысячи оборотов в минуту. Да вот смотрите сами.
 
Испытания подтверждают...
 
Марат Владимирович поставил на пол катамаран из двух школьных пеналов. На перегородке разместились две батарейки и два «копеечных» игрушечных движка. На каждой из осей были укреплены грузы. Стоило замкнуть нехитрую электрическую цепь, и пеналы поехали. Затем вторая модель. Эта по форме что-то среднее между танком и вездеходом, только без гусениц. Уверенно и ровно пересекает она комнату, несмотря на то, что хозяин ставит на пути необычного транспорта всевозможные препятствия.
 
Пустили католет по снегу — тому все нипочем: шел так же уверенно, как и по полу. По словам авторов изобретения, католет свободно преодолевает и густую и жидкую грязь.
 
— Наилучший вариант корпуса нового типа транспорта — полусфера. Днище машины такой формы позволяет трогаться с места в любом направлении и осуществлять маневр без разворота корпуса машины. При этом достаточно лишь сместить в сторону поворота источник механических колебаний. Чтобы экипаж или транспортируемый груз не испытывали даже малейшей вибрации, между кабиной и корпусом могут быть установлены амортизаторы любой конструкции. Использование же в качестве генератора механических колебаний свободнопоршневого двигателя повышает КПД католета и делает его перспективнее любого другого наземного вида транспорта. Впрочем, характеристики бесколесной машины не нуждаются в комментариях.
 
Корпус в виде сферического сегмента и генератор механических колебаний позволяют полностью отказаться от автономной ходовой части, а значит, и муфт сцепления, коробки передач, трансмиссии. Все это заметно снижает вес машины, уменьшает требуемую мощность двигателя, сокращает стоимость и эксплуатационные расходы на 40%. Совмещение в бесколесном транспорте корпуса и ходовой части дает возможность вдвое повысить надежность и долговечность аппарата, упростив его ремонт. Отсутствие клиренса на 25% повышает проходимость католета, так как в период соприкосновения с землей корпус сам является движителем и сам отталкивается от земли, преодолевая препятствие, беря подъем. Ни одна современная машина не сможет пройти прямоугольный лабиринт, для католета же это сущий пустяк.
 
Небольшой вес и герметичность корпуса превращают его в действительно вездеходное транспортное средство. Полушар легко пройдет по любой дороге, по бездорожью, по воде, снегу. По подсчетам авторов изобретения, сумма всех преимуществ католета по сравнению с современным автомобилем значительно больше, то есть эффективность каждого рубля, вложенного в новый вид транспорта, будет тоже выше. Но и это не предел. При проектировании транспорта специального назначения на основе католета эффективность можно поднять еще больше.
 
Действующая модель католета, выполненная в масштабе 1:20 натурной величины, весит всего лишь 700 г и развивает при этом скорость 160 м/ч. Это, конечно, не головокружительная скорость, но и движок-то «комариный». Мощный двигатель в состоянии создать гораздо большую тягу, а значит, и скорость нового транспорта будет не меньше, чем у современных машин.
 
Когда настольный католетный парк значительно вырос, авторам стало легче доказывать жизнеспособность своих бесколесных машин.
 
Реальные перспективы
 
— Как долго католет будет пробивать себе дорогу в жизнь? — задаем мы авторам трудный вопрос.
 
— Это, к сожалению, зависит уже не от нас. Мы, например, вдвоем за два года беремся сделать из стандартных деталей католетный мотоцикл, учитывая, что работать придется после основной службы. Нужно сказать, что многие энтузиасты и участники НТТМ из других организаций подключаются в помощь нам. Так, в 1977 году ворошиловградский институт УкрНИИгидроуголь и Краматорский индустриальный институт начали проектировать, а затем и собирать экспериментальный образец католетного транспортного средства для гидрошахт Донбасса. Его назначение — доставка вспомогательных механизмов и материалов в особо трудных и стесненных условиях. В январе 1979 года экспериментальная модель шахтного католетного тягача (габариты 0,6x0,7 м), выполненная в масштабе 1:2, весила 80 кг и тащила груз до 100 кг со скоростью 5,5 км/ч. Вездеход легко шел по металлическим балкам по уклону в 15°.
 
Уже сегодня изобретением заинтересовались нефтяники Тюмени, лесники Сибири и Подмосковья, предприятия Волгограда, Томска. Свою помощь предлагают и участники НТТМ из других городов, например, группа студентов из Тольятти. М. В. Чернину не так давно пришлось выступать с докладом в Сибирском отделении Академии наук СССР. Положительный отзыв о новом транспортном средстве дали академик А. А. Трофимчук и другие видные ученые. В частности, говорилось, что католет уже в ближайшем будущем может быть применен для перемещения тяжеловесных грузов, например, экскаваторов и буровых вышек, и что теория его движения требует детальной разработки, и о том, что пора уже создать специальную лабораторию инерционно-импульсного движения. Ведь католет — это рождение нового направления в технике и на транспорте.
 
В своей книге «Термодинамическая пара» (Минск, «Наука и техника», 1973) член-корреспондент АН БССР А. И. Вейник отмечает: «...Различного рода принципов существует большое множество, и появление действующих безопорных движителей не заставит себя долго ждать. Важно было лишь раскрепостить мысль и фантазию, на которых тяжкой могильной плитой лежал запрет так называемого закона сохранения количества движения». Похоже, что предсказания сбываются.
 
П. ПЕТРОВ, инженер




Рекомендуем почитать
  • ТРИЦИКЛ «КУЗНЕЧИК»
    ТРИЦИКЛ «КУЗНЕЧИК»Трицикл «Кузнечик» спроектировали и изготовили в лаборатории конструирования малогабаритной техники КЮТ Новосибирского академгородке семиклассники Анатолий Михайлов, Виктор Кривоносое и Сергей Хахтарь.

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.