Спасибо товарищу Троцкому за наш счастливый вторник!
под писка
Сообщения
Все комментарии
вторник, 23 февраля 2016 г.
суббота, 20 февраля 2016 г.
Чому я не сокiл
 |
| Отто Лилиенталь в полёте. Фото П.В.Преображенского, 1895 г. |
Отто Лилиенталь (Karl Wilhelm Otto Lilienthal) родился на закате немецкого романтизма, что, на мой взгляд, не случайно. От вздохов и ахов он перешёл к практике. В возрасте 13 лет (как раз когда Халладей снабжал Трансконтинентальную дорогу своими мельницами) он совершил первую попытку полёта. К счастью, не настолько неудачную, чтобы его исследования в области воздухоплавания на том и закончились. Спустя 28 лет, в 1889-м году (когда Браш построил свою электростанцию), он опубликовал книгу "Полёт птиц как основа искусства летать", в которой подытожил многолетний труд, выполненный им совместно с братом Густавом. А ещё 7 лет спустя он погиб, совершив свой очередной полёт. В августе исполняется 120 лет со дня его жертвоприношения. Он сам сказал, умирая: "Жертвоприношение должно быть принесено".
Цитата из книги:
Природа ежедневно показывает нам, что полёт вовсе не так затруднителен. И если мы, совсем обескураженные, готовы были бы отказаться от надежды когда-либо летать, так как вычисления постоянно показывают нам, что для полёта требуется непреодолимая работа, то, с другой стороны, медленный легко прослеживаемый удар крыла летящей большой птицы, каждая кружащая хищная птица, даже каждая парящая ласточка как бы говорят нам: "Вычисление ошибочно, птица, несомненно, не производит той громадной работы; где-нибудь должен скрываться секрет, который одним ударом может разрешить загадку полёта". Перевод Е.С.Федорова
Романтик ли был Отто Лилиенталь? Разумеется, нет. Материалист и практик. Если теория противоречит фактам, то она не верна. Его книга полна рассуждений, образных описаний, наблюдений из жизни птиц, превосходных иллюстраций, Отто даже прибегает к поэзии, но его теоретические изыскания скорее вздор. У меня было желание привести некоторые нелепости, но ни к чему это. Просто предупрежу наивного читателя книги, чтобы он не принимал всерьёз ничего, что выходит за рамки описания опытов, которые провели братья Лилиенталь, и прямых выводов из них. Опыты же сами по себе чудесны, без всякой теории, результатами их пользовались долгие годы множество воздухоплавателей.
 |
| Чертёж аиста. М1:1. (Druck -- давление, нем.) Из книги Отто Лилиенталя. |
Описания открытий, совершённых во время экспериментальных работ, наполнены эмоциями:
...при известных углах наклонения сопротивление воздуха вовсе теряет задерживающий характер и, чему мы вначале просто не решались верить, приобретает даже, при известных условиях, такое направление к поверхности, что, вместо задерживающей составляющей, является двигающая, т.е., давление оказывается направленным к нормали поверхности не назад, а вперёд.
Удивительный факт, действительно. О нём, правда, уже знали создатели джонок, а во времена Лилиенталя ходить бейдевинд умели все европейские моряки, но моряки не строили планеров, а Лилиенталь не ходил под парусами. Как тут не вспомнить его "где-нибудь должен скрываться секрет". Цивилизация накопила к XIX-му веку огромный багаж знаний, но знания эти были раскиданы по разным головам. Такое положение дел сохраняется и по сей день, увы.
Раскрывая секрет полёта птиц, Лилиенталь пытается объяснить его самыми общими рассуждениями. Чувствуется, что он понимает что к чему, но рассказать не может. Он действительно понял секрет полёта собственным телом, став, в некотором роде, птицей... Птицы же не умеют говорить. На его рисунке ниже графическая попытка разъяснить причину увеличения подъёмной силы крыла по сравнению с плоской пластиной.
У братьев Лилиенталь не было средств визуализации течения, поэтому этот рисунок фантазийный, но он близок к действительности. В верхней части рисунка бурление должно наблюдаться, в основном, со стороны пластины, закрытой от ветра. В нижней части линии над выгнутой частью крыла (в отечественной терминологии "спинка") линии разряжаются, а под вогнутой ("корыто") сгущаются. Картинки можно погуглить словами "линии тока профиль крыла".
По мнению Лилиенталя секрет полёта в предотвращении возникновения вихрей, которые крадут полезную работу. Ну, где-то так. Хотя надо понимать, что самолёт полетит и с плоскими крыльями, если у него будет достаточно мощный двигатель. Если же ещё увеличить мощность, то можно и без крыльев вообще. Впрочем, направлению создаваемых воздушных потоков автор тоже отдаёт должное. Для нас важно, что в этой книге впервые экспериментально доказано превосходство выгнуто-вогнутого профиля крыла по сравнению с другими формами.
Что же касается значения его творчества в целом, то он убедил других в том, что воздух необходимо воспринимать как среду со своими собственными законами, не привычными для нас, кто воздух обычно не замечает. Эти законы следует изучать, чтобы использовать для своих целей... Впрочем, и это тоже вздор. Главное, он дал понять, что полёт возможен.
В то время кино только делало свои первые шаги, но было сделано множество фотографий полёта Лилиенталя. Из них голландский художник Johannes Hogebrink склеил фильм. Внезапно, когда я уже заканчивал этот пост, мне подбросили этот фильм в фейсбуке.
Otto Lilienthal's First Film from Johannes Hogebrink on Vimeo.
пятница, 19 февраля 2016 г.
Для дома, для семьи
 |
| Ветряная электростанция Чарльза Браша. |
Браш создал динамо-машину, аккумулятор, электрическую лампу, всё это своей собственной конструкции, полную систему освещения. В 1880 его система осветила Бродвей, на два года раньше, чем заработала первая в США коммерческая электростанция Эдисона. Неудивительно, что он решил оснастить электричеством свой собственный дом в Кливленде. Это случилось уже после продажи электротехнического бизнеса, так, маленькое развлечение по старой памяти, для дома, для семьи. Здесь он совпал с английским профессором. Но электричества Брашу нужно было больше, его занятия изобретательством требовали больших мощностей, чем маленький токарный станок. В подвале дома Браша была обустроена настоящая научная лаборатория.
В качестве привода для своей электростанции Браш выбрал автоматический ветряк. Если посмотрите на изображение этого ветряка, то, наверное, узнаете в нём водокачку Халладея. Это она и есть, только слегка переразмеренная, диаметр ветряного колеса 17 метров (56 футов). Мельница Халладея сделала ещё один эволюционный шаг, обзаведясь электрическим интерфейсом.
Электростанции Браша и Блита были похожи в том, что обе использовались для домашнего применения. Трудно сказать, какова была их мощность. Мощность ветряка Браша можно оценить по диаметру колеса, но неизвестны прочие параметры, как электротехнические, так и ветровые. С машиной Блита ещё сложнее. Но, плюс-минус, с десяток киловатт. С одной стороны, этого достаточно даже для современного домохозяйства (включая подогрев воды), но... не более того. Для сравнения, механическая мощность упомянутой электростанции Эдисона равнялась примерно 130 киловаттам (175 американских лошадей), а её здание занимало примерно ту же площадь, что и ветряк Браша, который только теоретически мог достигнуть такой мощности при сильном ветре, но его реальная эффективность была много меньше максимально возможной.
Дальше было хуже. Мощность тепловых машин росла, а их ветреные собратья оставались прежними, что и побудило англичан и многих прочих отказаться от использования энергии ветра для производства электроэнергии, внять мудрым доводам лорда Кельвина. С американцами было иначе. Страна большая, плотность населения во многих штатах низкая, потребность в распределённых источниках энергии была всегда, и ветроэнергетика, раз зародившись в США, так там больше и не умирала. Да и в целом не следует говорить, что "ветроэнергетике предстояли десятилетия застоя". Развитие шло очень бурное, хотя, в основном, в смежных областях.
четверг, 18 февраля 2016 г.
Слуги дьявола на чёртовой мельнице
 |
| Первая ветряная электростанция. |
В начале тридцатых годов XIX-го века Фарадей открывает электромагнитную индукцию, которая позволяет создавать генераторы электрического тока. Разработка этих устройств началась сразу же и продолжается до сих пор, но уже к семидесятым годам XIX-го века появились образцы, вырабатывающие электричество в промышленных масштабах. Появляется мода на электрическое освещение, а следом спрос на электростанции. Но электростанции нужен привод. Первые приводы были паровыми, потом появились гидроэлектростанции. Ветряные электростанции запаздывали.
Только в 1887-м году шотландский профессор Джеймс Блит (James Blyth) построил первый ветрогенератор в своей родной деревеньке Мэрикерк (Marykirk). Главным достижением в этой машине была, разумеется, электротехническая часть. Генератор постоянного тока собственной разработки профессора заряжал аккумуляторы, а от них уже питались электролампы. Сама мельница была очень простенькой, с вертикальной осью, как первые персидские. Поначалу профессор снабдил её четырьмя парусами, но в последующем заменил их на жёсткие лопасти (фото в начале поста).
Несмотря на простоту конструкции, мельница вполне удовлетворяла потребности сельского домика профессора в освещении и даже питала небольшой токарный станок. Как писал журналист Крис Харди в своей статье о профессоре, тот даже предложил односельчанам освещать мельницей главную улицу деревни, но те отвергли предложение, сославшись на то, что, по их мнению, электричество есть порождение сатаны. Не знаю так ли это, всё-таки время уже было просвещённое, может быть мы имеем здесь дело со знаменитым британским юмором, а селяне просто не хотели из-за одной улицы портить отношения с газовой компанией.
Мельница проработала четверть века, пережив профессора, но ветроэнергетика Великобритании пережить горя не смогла и была похоронена вместе со своим создателем. Хорошие бухгалтеры британцы быстро подсчитали, что энергия из ветра будет обходиться слишком дорого. Так Уильям Томпсон, более известный своим титулом лорд Кельвин, в 1881-м году в переписке с Камий Фор (Camille Alphonse Faure), французским изобретателем и производителем аккумуляторов, на предмет их использования в ветряной электростанции писал:
...ветряные мельницы и поныне слишком дорогие машины; и не представляется возможным чтобы без усовершенствований, которые ещё не произведены, ветер мог бы быть экономно использован для освещения в каких-либо существенных случаях, либо как источник энергии для выполнения работы других видов.
Тут я бы заметил, что барон Кельвин вообще прославился своими экспертными заключениями, сделанными исходя из очень простых соображений, больше, чем своими основными трудами. Совершенно незаслуженно, впрочем. Так и в этом случае он, по большому счёту, был прав. По счастью, его доводы не все слышали, и эстафета ветроэнергетики от Великобритании была принята другими странами.
вторник, 16 февраля 2016 г.
понедельник, 15 февраля 2016 г.
Крылья, ноги и хвосты.
 |
| Центробежный регулятор |
Так в чём же новшество? Как ни странно, но в мельнице Халладея не было ничего нового. Все технические решения, составляющие её основу, уже прежде где-нибудь, да использовались. Вся хитрость была собрать их вместе, чтобы получилась хорошая машина, способная к тому же работать в полностью автономном режиме около месяца (межсервисный интервал).
Автоматизация мельницы осуществлялась центробежным регулятором, который в словаре Брокгауза и Ефрона назван "колеса Галладая". На самом деле, такой регулятор частоты вращения ведущего вала был установлен ещё на знаменитой паровой машине Джеймса Уатта в конце XVIII-го века. Что интересно, машина Уатта тоже использовалась для перекачки воды. Можно сказать, что тепловой двигатель обогнал ветряной в гонке инноваций, но не тут-то было. Центробежный регулятор был известен ещё до Уатта и применялся... в ветряных мельницах. Правда там он работал несколько иначе. Он менял величину зазора между жёрновами в зависимости от частоты их вращения.
 |
| Подпись любопытная. Daniel Halliday. Вероятно, это поздняя подпись чужой рукой, а не автограф. |
Его роль -- поворачивать крыло, изменяя угол атаки. С этой задачей может справиться и какое-нибудь другое устройство. Главное то, что лопасть теперь работает как жёсткое тело (первые крылья были деревянными, потом их стали изготавливать из металла). Вроде бы здесь нет новшества, мельница Хупера тоже имела поворотные пластинки, но они меняли парусность, а не угол атаки. Это существенная разница. Крылья мельницы Халладея скорей напоминают китайскую мельницу. Опять всё изобрели китайцы.
Другое новшество тоже обычно обходят вниманием, хотя оно такое же заметное, как и крылья. Хвост, разумеется. Хвост, работая как флюгер, устанавливает мельницу точно по ветру, а центробежный регулятор, изменяя угол атаки крыльев, регулирует частоту оборотов мельницы, не позволяя ей пойти в разнос. Вот такая немудрёная автоматика получилась.
Третье усовершенствование -- ферменная конструкция опоры, изобретение незапамятной древности, даже не получившее отражение в патенте, хотя в ветряных мельницах такие опоры прежде не использовались. Ферменная опора придала прочности конструкции при малой стоимости.
Для комплекта следует добавить неплохой насос и получаем ходовой продукт. Благодаря своей автоматике, мельницы Халладея нашли широкое применение не только на железной дороге, но и в сельском хозяйстве. Фермеры, как отмечается, покупали их даже в складчину, не заморачиваясь вопросами управления и техобслуживания. Популярности способствовало и то обстоятельство, что простота конструкции и ограниченность патента позволили работать на рынке конкурирующим фирмам, что удерживало цену на мельницы на низком уровне.
Именно от мельницы Халладея следует вести родословную современных ветряных турбин. По сути дела, далее происходили усовершенствования деталей конструкции. Основа же её, платформа, можно сказать, остаётся неизменной с 1854-го года. Однако, усовершенствование было делом непростым. Нужно было во многом разобраться, ведь создавались ветряные мельницы путём проб и ошибок, без теоретической основы.
пятница, 12 февраля 2016 г.
Ветер свободы
Ветряные мельницы прибыли в Америку вместе с европейцами. Коренные американцы вообще не очень дружили с колёсами, знаете ли. Поэтому американские мельницы продолжили линию развития своих европейских предков. Так ещё в 1671-м году французы выстроили форт Сенвиль (Fort Senneville) для защиты Монреаля. В качестве сторожевой башни форта выступала... правильно, ветряная мельница. На мельнице размещались мушкетёры и три пушки. Она была столь крепка, что ирокезы, уничтожив форт в 1691-м году, не смогли с ней ничего сделать. С перестройками мельница проработала до конца XVIII-го века.
Настал век XIX, век стали и пара. Америка из захолустья так называемого цивилизованного мира постепенно стала выходить в мировые промышленные лидеры. Новые американцы осваивали огромные территории малочисленными силами, им требовалась механизация. Индейцы работать не хотели, афроамериканцы не всем были по карману, а потом их вообще освободили. На машины возлагались большие надежды. Изобретатели работали не покладая рук, нередко "в стол", без расчёта на успех. Впрочем, с изобретателями так всегда бывает, только иногда им везёт.
В 1854-м году 28-летний американец Дэниель Халладей (Daniel Halladay) из Вермонта запатентовал автоматическую ветряную мельницу для перекачки воды. И хотя сам изобретатель сомневался в успехе своего стального детища, мельница Халладея внезапно завоевала Америку. Она разошлась сотнями тысячах копий и проработала целое столетие. Как голландские водяные насосы сформировали голландский ландшафт, так и насос Халладея во многом создал Америку. И то, что эта мельница входит в стандартный набор декораций американского городка из вестерна, вовсе не случайность. Мельница Халладея была куда важней в таком городке, чем, не поверите, церковь и даже салун. Да что там салун... без мельницы не было бы железнодорожной станции.
Гражданская война поставила перед американским обществом задачу объединения страны. Кроме того, в собственность Соединённых Штатов отошли земли на тихоокеанском побережье, прежде принадлежавшие Мексике. Поэтому, на самом высоком уровне было принято решение о строительстве железной дороги, которая связала бы воедино страну от одного океана до другого. Три тысячи километров дороги были построены с 1863-й по 1869-й годы. Перед строителями стаяло множество сложных задач, одну из которых позволили решить ветряные мельницы.
Единственными локомотивами в то время были паровозы, подобные "Юпитеру" на картинке справа, который участвовал в церемонии забития "золотого костыля" Трансконтинентальной железной дороги. Паровой котёл таких локомотивов работал по "открытому циклу". Отработанный пар не возвращался назад в котёл, а выбрасывался в окружающую среду. Поэтому локомотивы потребляли огромное количество воды, во много раз больше, чем топлива. Обычно этому обстоятельству не придавали особого значения, но дорога к Тихому океану лежала через пустынные прерии. Там не было воды, тем более в промышленных масштабах. На поверхности не было, но вода была в подземных источниках, на большой глубине, в сотнях футах. Её нужно было выкачивать из-под земли. Вот на эту работу и были приняты ветряные мельницы.
Рядом со скважиной устанавливали цистерну для воды, при ней станцию для поезда, ну и всё остальное тоже. Лучшей рекламы для мельниц было не найти, и продажи пошли. Но нельзя одной только рекламой продвинуть негодный продукт. У мельниц Халладея были и другие достоинства, кроме хорошего пиара.
 |
| A Million Ways to Die in the West |
Гражданская война поставила перед американским обществом задачу объединения страны. Кроме того, в собственность Соединённых Штатов отошли земли на тихоокеанском побережье, прежде принадлежавшие Мексике. Поэтому, на самом высоком уровне было принято решение о строительстве железной дороги, которая связала бы воедино страну от одного океана до другого. Три тысячи километров дороги были построены с 1863-й по 1869-й годы. Перед строителями стаяло множество сложных задач, одну из которых позволили решить ветряные мельницы.
 |
| Реплика паровоза "Юпитер". |
Рядом со скважиной устанавливали цистерну для воды, при ней станцию для поезда, ну и всё остальное тоже. Лучшей рекламы для мельниц было не найти, и продажи пошли. Но нельзя одной только рекламой продвинуть негодный продукт. У мельниц Халладея были и другие достоинства, кроме хорошего пиара.
Подписаться на:
Комментарии (Atom)