Особый интерес представляют роторные ДВС. В них расширение продуктов сгорания так перемещает детали двигателя, что вал начинает вращаться. Поршней и кривошипно-шатунного механизма в их обычной форме здесь нет. Первый патент на двигатель такого рода взял еще Д.Уатт. Сегодня их число достигает многих тысяч. Но лишь один роторный двигатель доведен до уровня серийного производства. Его создал в конце 50-х годов XX века немецкий профессор Ф.Ванкель.
Работа двигателя основана на качении под действием давления газов подвижного ротора по внутренней поверхности криволинейного корпуса-статора (рис. 8).
Рис. 7
Ротор выполняет в то же время роль поршня. Расположенная внутри его шестерня с внутренним зубом соединена с шестерней на конце вала.
При вращении ротора циклически меняются три серповидных объема между ним и статором. В левой половине происходит сгорание, расширение и выпуск отработавших газов, в правой — впуск и сжатие рабочей смеси. За один оборот ротора совершается три четырехтактных рабочих цикла. По такой схеме сегодня выполняются автомобильные двигатели. Они чрезвычайно легки и компактны, но отличаются высоким расходом топлива и очень сложны в изготовлении. По этим причинам применяются они редко.
Демонстрационная модель роторного двигателя в серийном производстве могла бы стоить копейки, но при ее самостоятельном изготовлении встретится немало трудностей. На рисунке 9 изображена плоская модель роторного двигателя со связью ротора и вала через эксцентрик. Она предназначена для демонстрации при помощи кодоскопа.
В заключение скажем, что двигатель внутреннего сгорания существует уже более ста сорока лет. За это время над его улучшением успели поработать многие миллионы специалистов — от вдумчивого рабочего до академика. Поэтому каждая деталь в нем вылизана до предела, но не зря же говорят, что совершенству предела нет.
А.ИЛЬИН
Рисунки автора
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кристалл вместо катушки
Как устроен наушник, известно, наверное, всем: катушка с большим количеством витков тонкого провода, постоянный магнит, железная мембрана. Но есть наушники, вскрыв которые многие удивятся: ни катушки, ни магнита, а всего-навсего маленькая пластинка и мембрана из пластмассы. Речь идет не о привычном электромагнитном телефоне, а о пьезоэлектрическом.
С пьезоэффектом мы знакомы по школьному курсу физики: переменное напряжение, приложенное к пьезокристаллу, вызывает его механические колебания с частотой подведенных электрических, воспроизводя речь или музыку.
Если присоединить пьезотелефон к звуковому генератору и плавно поднимать частоту электрических колебаний, в какой-то момент можно заметить резкое увеличение громкости тонального сигнала. Всплеск амплитуды колебаний пьезокристалла вызывается явлением резонанса.
Оказывается, пьезокристалл не так прост, его эквивалентная электрическая схема представлена «хитрым» соединением реактивных и активного сопротивлений, как показано на рисунке 1.
Рис. 1
Первый пик громкости происходит, когда наступает последовательный резонанс в цепочке элементов Cq, Lq, Rq, второй пик отвечает параллельному резонансу между этой цепочкой и ветвью с элементом Со. Повторим, что реально этих деталей в кристалле нет, в нем проявляются лишь их свойства.
Между резонансными частотами кристалл обнаруживает свойства индуктивности, подобно катушке с проволочной обмоткой. Вне указанного промежутка кристалл являет свойства конденсатора. Именно потому пьезотелефон, включенный непосредственно в коллекторную цепь транзисторного каскада УЗЧ, будет молчать — ведь через конденсатор нет ходу постоянной составляющей тока. А чтобы пьезонаушник зазвучал, нужно шунтировать его резистором.
Свойства пьезоэлементов, уже упомянутые, и те, речь о которых впереди, дают возможность конструировать разноообразные устройства, позволяющие уменьшить количество намоточных узлов, а то и вовсе без них обойтись, а потому более простых и технологичных.
Для примера на рисунке 2 показана известная схема карманного устройства, подающего сигнал тревоги с весьма значительной громкостью.
Звукоизлучателем служит «пьезодеталь» типа СП-1. «Раскачивает» излучатель генератор прямоугольных импульсов, собранный на интегральном таймере DA1 и задающей частоту цепочке элементов R1, R2, С1. Включенный на выходе автотрансформатор Т1 создает на излучателе BQ1 переменное напряжение порядка 25 В.
Источником питания может служить батарейка типа «Кроны»; устройство включается в работу подачей питания выключателем SA1. В роли последнего может быть тумблер, «кнопка» или контакты, управляемые разнообразными датчиками.
Автотрансформатор наматывается на сердечнике выходного трансформатора переносного приемника типа «Селга-404» и имеет около 900 витков провода ПЭВ-1 0,09, с отводом от 80 витков, считая от заземленного конца.
Другое интересное качество пьезокристалла — высокая стабильность частоты колебаний вблизи положения параллельного резонанса. Вводя пьезокварц в колебательный контур, можно эффективно стабилизировать частоту генератора радиосигналов, что избавляет от необходимости подстраивать радиоприемник. На рисунке 3 приведена схема «кварцованного» генератора, способного работать в диапазоне частот от 100 кГц до 100 МГц, при установке соответствующего кварцевого резонатора ZQ1 (в роли индуктивности) совместно с емкостным делителем С2, С3.
Каскад на транзистоpe VT2 служит буфером, устраняющим влияние цепей на выходе на работу генератора. Приведенные на схеме номиналы конденсаторов С2…С5 обеспечивают работу на частоте порядка 10 МГц (диапазон КВ 31 м). Для получения на выходе амплитудно-модулированных сигналов на вход устройства достаточно подать колебания звуковой частоты с напряжением в несколько милливольт. Рассмотренный узел можно использовать в переговорном устройстве или для передачи сигнала грамзаписи на радиовход магнитолы, включенной на запись с эфира.
Помимо кристаллов кварца, в технике используют пьезокерамику. Из нее изготавливают, например, фильтры промежуточной частоты 465 кГц для приемников-супергетеродинов. Керамические фильтры заменяют многозвенные традиционные фильтры, содержащие множество катушек и конденсаторов, не требуют кропотливого монтажа и настройки. Используя пьезокерамический фильтр и многофункциональную микросхему, можно собрать простой «карманный» супергетеродин согласно схеме на рисунке 4.
Преобразователь частоты на транзисторе VT1 связан через пьезокерамический фильтр промежуточной частоты ZQ1 с микросхемой DA1, которая усиливает сигнал ПЧ, детектирует его и дает усиление звукового сигнала, достаточное для прослушивания через ушной телефон BF1.
Блок конденсаторов настройки может быть типа КП4-5, пьезокерамический фильтр — ФП1П-022, телефон типа ТМ-2А.
Батарею питания можно собрать из трех гальванических элементов LR03. Использованная здесь микросхема не относится к числу новейших, но встречается в продаже. В зависимости от выбранных данных входного и гетеродинного контуров приемник может принимать радиовещательные станции в диапазонах средних либо коротких волн.
Для приема на КВ-диапазоне 25…50 м используйте каркасы диаметром 7 мм с подстроенными сердечниками. У катушки L1 должно быть 18 витков провода ПЭЛШО 0,4, намотанных в один слой виток к витку, у L2 — 2 витка ПЭЛШО 0,2, L3 содержит 2 + 4 + 28 витков провода ПЭЛШО 0,2. Подбором номинала резистора R1 устанавливают ток коллектора транзистора VT1 на уровне 0,5…0,7 мА.
Ю.ПРОКОПЦЕВ
Дорогие друзья!
Подводим итоги конкурса «ЛЕГО», объявленного в журнале «ЮТ» № 10 за 2000 год.
Победителями стали:
· Сергей Скобелев из Новосибирской обл. (главный приз — КОНСТРУКТОР «ЛЕГО»);
· Иван Шипилов из Краснодарского края;
· Дмитрий Чернявский из г. Москвы;
· Владимир Студеникин из г. Кемерово.
Поздравляем!
ПРИЕМ
ЗАОЧНАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ШКОЛА (ЗИФМШ)
объявляет прием учащихся в 9, 10 и 11-й классы на 2001/2002 учебный год
Главная цель школы — помочь обучающимся глубже постичь математику и физику, развить инженерный склад мышления и лучше подготовиться к поступлению в высшие учебные заведения. Выпускники школы имеют льготы при поступлении в Петербургский государственный университет путей сообщения.