Юный техник, 2003 № 12

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

ДОМ ДЛЯ ЗАПОЛЯРЬЯ

Как считает питерский школьник Максим Арсентьев, у строителей отсутствует всякое воображение, когда речь заходит о строительстве жилья в районах Крайнего Севера. В Заполярье, в средней полосе или в пустынях — все дома почему-то получаются однотипными — прямоугольная коробка и двухскатная крыша. А ведь Север предъявляет свои требования, учитывать которые просто необходимо.

Каким же видит жилой дом в северном исполнении Максим? Представьте: над снежной равниной возвышается стеклянный купол. Сильные ветра постоянно сдувают с его покатых боков снег, и потому он всегда чист и пропускает внутрь дневной свет. А в долгую полярную ночь в центре зажигается мощный источник света. Свет попадает в окна сразу всех жилых помещений, расположенных по концентрическим окружностям.

В сечении многоэтажный дом Максима Арсентьева будет напоминать срез гигантской дыни, поставленной вертикально. Толстая «корка» сооружения представляет собой железобетонную стену, которая с внешней стороны выдерживает давление окружающего грунта. Начинать строительство такого дома следует с глубокого котлована. Все здание сооружается из монолитного железобетона специальным роботом, который размещается на дне отрытого котлована и постепенно, этаж за этажом, возводит его до уровня земли. А центральная часть остается свободной. На дно укладывается плодородная почва, и там формируется зеленая зона.

Со временем она становится зимним садом, так как весь дом сверху перекрывается прочным прозрачным куполом, защищающим и дом, и его обитателей от морозов и пронизывающих ветров.

Конечно, к предложению Максима легко придраться. Мол, и квартиры имеют выход только во внутренний двор, и проблемы грунтовых вод придется решать, и на автомашине ко входу не подъедешь…

Но нам кажется, что все эти вопросы с позиции современного инженерного обеспечения решаются без особых хлопот. И хотя предложение школьника по всей вероятности навеяно произведениями писателей-фантастов, его уже сегодня можно реализовать и в Арктике, и в африканских пустынях, и даже на Луне или Марсе.

ПОДВОДНЫЙ ШАГОХОД

Сегодня к числу наиболее острых проблем, стоящих перед большинством стран, относится проблема дефицита минерального сырья. Из года в год растут потребности промышленности, а в то же время истощаются месторождения полезных ископаемых, усложняется их добыча, возрастает себестоимость. Сказанное, впрочем, справедливо для суши. Между тем Мировой океан сказочно богат многими металлами и минералами. Уже сегодня в нем разведаны огромные залежи никеля, олова, кобальта, меди… Только добывать их сложно. Нужно специальное подводное оборудование, в том числе донные агрегаты, несущие на себе геологоразведочные приборы и инструменты для добычи.

В качестве подводных средств передвижения уже предложены и могут быть использованы движители гусеничного, колесного, шнекового, шагающего, вибрационного и других типов. Однако особенности дна, его сложный рельеф делают практически непригодными или малоэффективными большинство перечисленных движителей.

Колесо и гусеница, например, деформируют грунт, и их колея приводит к нарушению экологии. Больше всего пригоден под водой шагающий движитель, способный легко перешагнуть препятствие, оставляя при этом отдельные следы.

В качестве подводного шагохода студент Санкт-Петербургского горного института Игорь Тимофеев предлагает двухопорные шагающие машины. «Ходит» такая машина, поочередно переставляя опоры (см. схему).

Игорь изготовил действующую модель машины с дистанционным управлением, приводами противовеса, манипулятором и углом поворота несущей рамы. Модель состоит из следующих узлов: 1 — несущая рама, 2 — опорные столы, 3 — рабочая головка и 4 — пульт управления.

Несущая рама выполнена из двух параллельных стержней. Между собой они соединены двумя пластинами. На концах стержней шарнирно закреплены четыре блока, а под пластинами — два шкива. На несущей раме расположена рабочая головка с манипулятором, способная перемещаться по стержням. Под пластинами несущей рамы закреплены двойные шарниры с вертикальной и горизонтальной осями для крепления опорных столов. Последние выполнены в виде вертикального стержня, прикрепленного с одной стороны к двойному шарниру, с другой — к ступице крепления опорных ног. Каждая опорная нога заканчивается коническим башмаком.

Рабочая головка служит противовесом: в ней установлен привод с элементами системы управления. Шагоход перемещается так. При выходе головки на консоль рамы справа левая опора поднимается и перемещается в новое положение за счет вращения рамы вокруг неподвижной опоры. При выходе рабочей головки на левую консоль поднимается правая опора, следует перенос ее в новое положение. При движении рабочей головки между опорами ее можно остановить в любом положении и произвести необходимые операции манипулятором.

В рабочей головке установлены три привода в виде блоков мотор-редуктор-шкив. Управляется модель модернизированным телевизионным пультом (см. рис.).

Первые же испытания модели шагающей машины подтвердили правильность выбранных конструктивных и схемных решений. И кто знает, может, уже через несколько лет первый подводный шагоход начнет свои первые шаги по шельфовому дну Белого, Баренцевого или Карского морей.

БЕТОН ПРОЧНЕЕ… БЕТОНА

Со стороны может показаться, что Андрей Комашко, учащийся лицея № 11 из города Новокузнецка, выполнял давно всем известный эксперимент. Небольшие цементные кубики он клал под пресс и измерял их прочность на сжатие. И правда, если марка цемента известна, если выдержаны все пропорции в смеси его с песком и водой, то сколько ни измеряй, результат будет всегда один. Без сложных экспериментальных проверок требуемую прочность легко найти в любом справочнике по строительным материалам. Но все дело в том, что Андрей, помимо всех известных компонентов, вводил в бетонную смесь то глицерин, то фенол, формальдегид или динатриевую соль. Зачем?

Из теории образования цементного камня известно, что при добавлении воды сухая цементная смесь образует кристаллы, величина которых у разных его марок разная. Разной получается и прочность конечного продукта. Скажем, цемент марки 400 образует камень, способный выдержать при сжатии давление порядка 400 кг на кв. см. При большем давлении связи между отдельными кристаллами разрушаются, бетон превращается в пыль. Значит, все дело в величине этих самых кристаллов? Их надо не увеличивать, а, наоборот, уменьшать.

Тогда количество связей между кристаллами возрастет, увеличится и прочность бетона.

В поисках ответа на этот вопрос Андрей занялся экспериментами. В отдельные формочки закладывал тщательно приготовленные смеси, помещал их в герметично закрытый сосуд над слоем воды и выдерживал там строго 28 суток — именно столько требуется для того, чтобы бетон «набрал» требуемую прочность. По истечении этого срока образцы подвергал разрушению на мощном прессе.

Что же показали эксперименты? Оказалось, что даже небольшие добавки (менее 1 % от образующейся массы камня) существенно влияют на прочность — она увеличивается более чем на 30 %. Много это или мало? Судите сами: если, например, брать более дешевую марку цемента 300, добавить в нее немного органических веществ, то прочность конечного продукта получается такой же, как если бы использовался цемент более дорогой марки 400.

Не слишком ли дорого улучшать дешевый бетон? Фенолы, формальдегиды и динатриевая соль в некоторых химических производствах являются отходами, причем производственники постоянно испытывают проблемы с их утилизацией. Получается, бросовое сырье в небольших количествах можно добавлять в бетонный раствор, объемы производства которого по всей стране исчисляются миллионами кубометров.

ТЕПЛИЦА БУДУЩЕГО

Это письмо пришло в ПБ из Франции. Приводим его целиком.

«Здравствуйте! Мы живем на юго-западе Франции, в небольшом городке Вилефранше де Руерге региона Мили-Пиренеи, главный город которого — Тулуза. Мы учимся в обычном коллеже в системе среднего образования. Наш проект «теплицы будущего» предназначен для использования частными лицами и фермерами, желающими иметь полностью автоматизированную конструкцию, простую в обслуживании и недорогую по стоимости, предназначенную для интенсивного выращивания сельскохозяйственной продукции. Свой проект мы рассчитываем выполнить в два этапа. В прошлом году занимались разработкой и изготовлением макета. А в этом году приступили к строительству теплицы на территории нашей школы в натуральную величину. Со сборкой коробки особых проблем не возникало. Основные трудности встретили лишь при монтаже функциональных элементов. На них и остановимся подробнее.

Наша теплица оборудована автоматическим устройством, связанным с датчиком минимального и максимального освещения и исполнительными механизмами. Когда естественное освещение становится слишком слабым, первый датчик посылает сигнал на автоматическое устройство, которое включает звуковой и световой сигналы, затем посылает сигнал включения осветительных ламп. Они остаются включенными до тех пор, пока освещенность остается ниже заданного уровня. А если освещение слишком сильное, второй датчик посылает сигнал на автоматическое устройство, которое включает звуковой и световой сигналы, а затем посылает команду спустить жалюзи. В таком положении они остаются до тех пор, пока освещенность не упадет.

Также в нашей теплице предусмотрены датчики минимальной и максимальной температуры. Когда внешняя температура падает ниже заданного уровня, первый датчик предупреждает автоматическое устройство, оно включает световой и звуковой сигналы, а затем посылает команду на включение воздушного отопления. Оно работает до тех пор, пока температура не достигнет верхнего уровня. Когда же в теплице становится слишком жарко, еще один датчик посылает информацию на автоматическое устройство, которое сначала включает звуковой сигнал, а затем запускает вентилятор, который активно перемешивает воздух внутри теплицы до тех пор, пока она не становится нормальной. Предусмотрена также возможность опускать жалюзи, если внешняя температура поднимается выше заданного уровня.

В теплице есть еще один датчик. Он находится в почве. Как только почва становится слишком сухой, датчик посылает сигнал на автоматическое устройство, которое включает полив, работающий по принципу капельницы. В течение определенного времени датчик продолжает измерять влажность почвы. И если она еще недостаточна, автоматическое устройство запрашивает второй полив.

Конечно, в столь коротком описании мы не смогли рассказать о работе нашей теплицы более подробно. Если в России найдутся желающие, мы готовы ответить на все вопросы.

Пишите нам по адресу: College F.CARCO 12200 Villefranche de Rouergue FRANCE.

Выпуск ПБ готовили

В.ГУБАНОВ, В. РОТОВ и М.МИХАЙЛОВ