СЕЛЬХОЗАВИАЦИЯ ЛЕГЧЕ ВОЗДУХА

Интересную, детально проработанную и просчитанную технологию обработки полей удобрениями и гербицидами разработали Баснев Глеби Гайдук Сергей,ученики 4-го класса московской школы №1071, в секции аэромоделированияпод руководством кандидата технических наук Белякова-Бодина Виктора Игоревича.

Ребята предлагают использовать беспилотные привязные аэростаты, в которых часть подъемной силы создает горячий воздух, как в монгольфьерах, а часть — легкий газ, как в шарльерах. Называются такие комбинированные аэростаты розьерами. Они экономичнее и проще в управлении. Для изменения высоты полета достаточно просто включить или отключить горелку. А горизонтальное перемещение обеспечивают с помощью тросов, идущих от 4 буксировочных лебедок, размещенных с разных сторон поля. Еще одна лебедка, бортовая, поднимает или опускает «гребенку» разбрызгивателя, если это нужно сделать быстрее, чем успевает подняться или опуститься аэростат. Все лебедки, как и горелка розьера, управляются компьютером, который передает им управляющие сигналы с помощью таких же радиопередатчиков и приемников, как в авиамоделировании. Если разработать для этого компьютера нужные программы, то все движение аэростата над полем может происходить автоматически. А химикаты можно будет разбрызгивать и днем и ночью с безопасной высоты 1—2 м, не повреждая посевы, что невозможно сделать с помощью других летательных аппаратов или тракторов.

Легкий газ — это водород, в который добавляется пропилен, для того чтобы не было взрыва или самовозгорания. На такой же смеси могут работать наземные лебедки. Между полями одного района аэростат может перемещаться на буксире, без выпуска водорода. При переезде в другой район после завершения работ часть водорода можно откачать из оболочки в баллоны высокого давления.

В рабочем процессе химикаты под давлением поступают из бортовой емкости 1 в шланг 2, намотанный на барабан бортовой лебедки 3. Этот шланг опускается до высоты 1—2 м, где подвешена горизонтальная трубчатая штанга-гребенка 4 с разбрызгивающими соплами. На гребенке установлен лазерный датчик высоты 5, данные с которого передаются на управляющий блок 6, вырабатывающий сигналы для лебедки. По этим сигналам лебедка поднимает или опускает штангу 4 так, чтобы выдерживать заданную высоту над землей.

Лебедка приводится в действие сжатым воздухом из баллона 7, давление в котором поддерживается компрессором 8, работающим на топливе из основных баллонов 9, питающих также горелку аэростата 10. Горелка тоже управляется так, чтобы поддерживать постоянную высоту гребенки. При выходе ее за границы допустимой высоты подача химикатов из бортовой емкости может быть прекращена.

Таким образом, сплавная сила аэростата всегда должна быть равна  нулю, т.е. его подъемная сила должна быть равна постоянному весу конструкции, плюс переменный вес химикатов и топлива. По мере их выработки интенсивность работы горелки должна снижаться, а объем оболочки, занятой горячим воздухом, уменьшаться. При отключенной горелке сплавная сила должна стать небольшой отрицательной, даже при полной выработке химикатов, чтобы аэростат смог приземлиться для дозаправки.

Технология с розьерами в разы экономичнее любых традиционных. К тому же безопасна и экологична.

Беляков-Бодин Виктор Игоревич.E-mail: ***********

БЛИЗКО, ТЕПЛО И ВСЕ ВИДНО

Такой же тщательностью и серьезным подходом отличается и другая работа, которую выполнили Гуща Максим и Ширинян Ара, ученики 4-го класса той же школы №1071, с тем же руководителем Беляковым-Бодиным Виктором Игоревичем.

Юных исследователей заинтересовала «мертвая зона» ближнего к Земле космического пространства на высотах 25—50 км. Уникальность этого пространства в том, что здесь в озоновом слое космические ультрафиолетовые лучи отдают большую часть своей энергии и прогревают его до 2—3oC. Вот такие космические тропики. На этом и построен расчет изобретателей. Самолеты-лаборатории на этих высотах уже не летают, спутники еще не летают, а исследовательские ракеты проскакивают этот диапазон за считанные минуты. Орбиты спутников обычно наклонены так, что не проходят над большей частью Арктики, мониторинг которой становится все более актуальной проблемой в связи с расширением хозяйственной деятельности в этом регионе земного шара.

Достоинства аэростатов — длительное время полета при невысокой стоимости летного часа, большой диапазон высот наблюдения (0—50 км), невысокая скорость перемещения, которая позволяет проследить за развитием наблюдаемого явления. Поэтому очень важно сделать высотные аэростаты недорогими и долго летающими. Одной из возможностей этого являются солнечные монгольфьеры, в оболочке которых воздух подогревается не горелкой, а просто солнцем. В полярных условиях, когда оно подолгу не заходит за горизонт, такой монгольфьер может летать без посадки почти полгода.

Ребята придумали новый тип солнечных аэростатов, в которых солнце подогревает не воздух, а водяной пар, который, как известно, в 1,5 раза легче воздуха. Главное, чтобы температура этого пара все время оставалась выше температуры кипения воды — иначе пар просто превратится в росу и не будет создавать подъемной силы. При обычных условиях этого достичь не удается, поскольку Солнце не нагреет оболочку шара до 100°С. Другое дело — условия на большой высоте: там вода может кипеть всего при нескольких градусах выше нуля. Например, на высоте 48 км, где давление в 1000 раз ниже, чем на поверхности Земли, вода превращается в пар при температуре меньше 2^oC.

Правда, температура за бортом на этой высоте отрицательная, хоть и небольшая — около -3°С. Но ведь температура внутри оболочки, нагреваемой солнцем, выше забортной градусов на 20, как в любом парнике под пленкой. Кроме того, солнце нагревает не только темную оболочку аэростата своим светом, но и водяной пар внутри нее инфракрасным излучением. Поэтому температура этого водяного пара будет намного выше температуры кипения воды.

Ребята подсчитали, что при объеме оболочки 65450 м3 подъемная сила подогретого водяного пара составит 36 кг. Такой объем имеет шар с радиусом R=25 м. А площадь его оболочки равна 7854 м². И если сделать ее из полиэтилена толщиной 3,1 мкрн, то весить она будет всего 24,36 кг. Значит, к нему можно будет подвесить еще 11,5 кг полезного груза: радиоаппаратуру, научные приборы и парашюты для их спасения в случае необходимости.

И летать на высоте 48 км такой шар действительно сможет, и держаться там, пока солнце не зайдет за горизонт, то есть в приполярных районах  почти полгода. Осталось только доставить шар, наполненный водяным паром, на эту высоту. Запустить его с Земли не удастся: при нормальном давлении вода не закипит. Кроме того, температура наружного воздуха снижается на 6,50C за каждую 1 тыс. м и на высоте 11 км достигает уже -56,50C Цельсия. Тут уж не хватит никакого солнца, чтобы предотвратить замерзание воды в оболочке, даже если бы удалось перед этим превратить ее в пар. И если нельзя поднять незамерзшую воду на высоту 48 км, то может быть, можно забросить ее туда ракетой?

Сложенную оболочку розьера весом, как уже говорилось, не больше 25 кг с залитой в нее водой предполагается разместить под герметизированным головным обтекателем вместе с полезным грузом и тормозной парашютной системой.

Все это надо забросить на высоту 65,5 км, где скорость ракеты должна снизиться до нуля для сброса головного обтекателя и отделения нагрузки. Ракеты с подходящими характеристиками уже сняты с вооружения и пылятся на складах.

При достижении верхней точки полета с выключенным двигателем на высоте примерно 65,5 км створки головного обтекателя ракеты распахиваются. И нагрузка, которая состоит из оболочки с водой, приборного отсека, прикрепленного снизу, и тормозной парашютной системы, размещенной сверху оболочки, оказывается в разреженном в 10000 раз воздухе. Поэтому вода сразу начинает кипеть, заполняя и расправляя оболочку, которая постепенно создает все большее сопротивление падению всей нагрузки через разреженный воздух. Более тяжелый приборный отсек сильнее тянет оболочку вниз, а раскрывающиеся парашюты тормозят падение.

Эти несколько секунд нагрузка падает в разреженном воздухе, как камень, быстро достигая скорости 50—100 м/с и пройдя за эти секунды несколько сот метров. Но на такой скорости даже разреженный воздух под куполом тормозных парашютов, снизит скорость падения и даст паузу для полного испарения воды и наполнения оболочки водяным паром.

По мере снижения часть воды успеет замерзнуть и превратиться в лед. Там каждый килограмм льда отдаст при замерзании столько тепла, сколько нужно для испарения 148 граммов воды. Это превращение воды в пар и лед произойдет за время порядка 10—20 с после раскрытия тормозных парашютов, в результате которого скорость установится на уровне 50 м/с, потеря высоты составит 1—3 км, а давление увеличится на 30—40% от первоначального.

После замерзания всей воды, не превратившейся в пар, количество вновь образующегося пара будет определяться тем, сколько солнечной энергии поглотят пленка оболочки и водяной пар внутри нее. Известно, что 1 м2 темной пленки поглощает около 300 Вт солнечной энергии. Значит, вся обращенная к Солнцу часть оболочки площадью 1965 м2 будет поглощать больше 500 кВт, передача которых льду будет превращать в пар около 200 г/с. При этом подсчете еще не было учтено поглощение инфракрасного излучения Солнца водяным паром и льдом внутри оболочки.

Подходящие условия для торможения снижения, последующего подъема и полета наполненного паром аэростата будут сохраняться и ниже 48 км — пока температура в оболочке будет оставаться выше температуры кипения воды на этой высоте. Ориентировочно это будет происходить до высоты 35 км.

Таким образом, поглощаемой в процессе снижения розьера солнечной энергии должно хватить для полного испарения всего рабочего тела: водяного пара. 

Для того чтобы забросить на высоту 65 км груз массой 130—150 кг, можно использовать старые зенитные ракеты, снятые с вооружения. Немного изменив программу их полета, можно достичь высоты 65 км. Расположив пусковые установки на побережье Северного Ледовитого океана и островах российского сектора Арктики, можно обеспечить запуски высотных солнечных аэростатов на водяном пару так, чтобы покрыть весь сектор обзора. Привязка аэростатов к координатам может проводиться через системы позиционирования Глонасс-GPS.

Беляков-Бодин Виктор Игоревич.E-mail: **********

НАШ НАБЛЮДАТЕЛЬ СООБЩАЕТ ИЗ ПЕЧИ

Ученые Белгородского государственного технологического университета имени. В.Г.Шухова совместно с производственниками ООО «Промышленный интеллект» создали систему технического зрения для вращающихся печей, применяемых при производстве цемента, керамзита, извести, в цветной металлургии. Система разработана для повышения стабильности работы печи и качества продукции, снижения энергозатрат, повышения эксплуатационного ресурса печи, а также для улучшения условий труда операторов печей, повышения оперативности и качества принятия ими решений по управлению печью. Успешные испытания в промышленных условиях на печи №1 ЗАО «Осколцемент» прошли в ноябре 2013 г. — марте 2014 г.

Система отображает на экране видеопоток процесса обжига с частотой 30 кадров в секунду, с размером изображения 1920х1080 пикселей.Программное обеспечение системы позволяет на основе распознавания изображений автоматически получать 6 оценок параметров процесса обжига: угол подъема клинкера, температура клинкера, размер гранул, яркость факела, запыленность в печи, состояние зоны спекания.

В режиме реального времени ведется сохранение в базу данных всех оценок и соответствующих им изображений. Информация из базы данных доступна для диспетчерской системы управления вращающимися печами и позволяет формировать рекомендации по управлению процессом.

Предлагаемая система технического зрения не имеет аналогов по функциональным возможностям обработки видеоизображений процесса обжига во вращающихся печах.

Тел. (***) ***-**-**, Юдин Дмитрий Александрович. E-mail: *********

НАПЫЛЯЕТ СИГМА

Суть метода СИГМА, разработанного специалистами МГТУ имени Н.Э.Баумана, заключается в использовании высокоскоростной струи инертного газа для доставки компонентов пленки к подложке. Процесс происходит в вакуумных установках, оборудованных мощной системой откачки до давления порядка 1 торр (рис.3).

Основным технологическим признаком метода является наличие сверхзвуковой струи газа, которая доставляет атомы, молекулы или даже капель материала к подложке и обеспечивает их эффективное осаждение на небольшой площади подложки. Если требуется получать покрытие на больших площадях, то необходимо организовывать взаимное сканирование подложки и источника, чтобы обеспечить полное покрытие поверхности.

Осаждение происходит в экологически чистой среде, без применения токсичных веществ, катализаторов и сточных вод. Во время осаждения нет необходимости нагревать подложку, ее температура остается близкой к комнатной.

Высокоскоростной поток газа, поступающий через источники в вакуумную камеру, откачивается механическими форвакуумными насосами, скорость откачки порядка 5—10 тыс. л/мин.

Источник нанесения представляет собой цилиндрическую камеру диаметром 7,62 см с выходным соплом диаметром около 1 см. Гелий, аргон или азот подается внутрь источника и поступает в вакуумную камеру через сопло. Обычно давление внутри источника равно нескольким торрам, а давление в камере составляет 1 торр или меньше. Точное соотношение давлений зависит от наносимого материала и требуемых свойств покрытия.

Когда соотношение давлений превышает значение 2, величина потока газа достигает критического значения и скорость газа, проходящего через сопло, достигает скорости звука.

Тонкая проволока материала непрерывно подается в зону, нагреваемую с помощью тигля или спирали из вольфрама. При контакте проволоки с нагревателем она расплавляется, смачивает спираль и начинает испаряться. Испаряющиеся атомы материала увлекаются потоком газа в сторону сопла, проходят через него со сверхзвуковой скоростью и осаждаются на подложке в виде окружности диаметром около 1 см.

Установка второй спирали в качестве источника термоэлектронов позволяет поджечь плазменный разряд, который вместе с потоком газа увлекается и переносится в сторону подложки. Бомбардировка подложки высокоэнергетическими ионами аргона позволяет решить две задачи: предварительную очистку и активацию поверхности подложки; дополнительную обработку растущей пленки.

Фактически метод СИГМА является комбинацией классических методов нанесения покрытий в вакууме с высокоэнергетической струей ионизированного газа, который является транспортом, целенаправленно доставляющим материал на подложку.

Метод можно использовать для осаждения припоя, который в производстве изделий электронной техникинакладывает строгие требования к экономичности процесса и качеству наносимого материала. СИГМА обеспечивает высокие скорости осаждения как отдельных атомов, так и кластеров с соблюдением точного состава наносимого покрытия. Ионное травление гарантирует надежную адгезию. Минимальные отходы делают рентабельным использование дорогих материалов. Метод совместим с обычным фоторезистом и базовыми технологиями. Можно обрабатывать как одиночные пластины, так и партии.

Тел.: (***) ***-**-**, (***) ***-**-**, ***

ХЛОРЕЛЛА НАМ ПОМОЖЕТ

Отходы сельскохозяйственного производства, потребляющего огромное количество сырья, существенно превышают по массе основной продукт. Справляться с ними нелегко.

Творческий коллектив ученых из Курской государственной сельскохозяйственной академии им. И.И.Иванова и Института биологии южных морей в Севастополе подключили к решению проблемы хлореллу — водоросль, известную активным жизненным кредо, не брезгливую и с хорошим аппетитом.

Запущенная в среду сточных вод с куриным пометом, навозом и пр., она охотно освобождает этот коктейль от избыточного количества минеральных соединений и специфических химических загрязнений, доводя их до норм, позволяющих производить безопасный сброс воды в открытые водоемы.

С другой стороны, полученная после мелиорации водной среды биомасса микроводорослей сама становится источником ценных органических веществ: белков, жиров, витаминов, углеводов, жирных кислот. Ее можно использовать как кормовую добавку для сельскохо­зяйственных животных, а также в качестве биостимулятора для роста растений.

Биомасса, полученная с помощью высокопродуктивных штаммов микроводорослей, увеличивает привесы животных до 30%, а также обеспечивает сохранность кормов, позволяет экономить на антибиотиках. Повышает, микробиологическую активность и почвенное плодородие, а значит и урожайность.

Технология позволяет получать с 1000л сточных вод свинокомплекса 2800кг живой полноценной биомассы микроводорослей; с 1000л сточных вод птицефабрики — 3500кг; с 1000кг свежего куриного помета — 4250кг, с 1000кг сухого куриного помета 8500кг. Вот такие фантастические доходы могут приносить наши неудобные отходы.

Основные элементы питания для микроводорослей — азот, фосфор, магний, железо и микроэлементы — в больших количествах содержатся в отходах. Кроме того, можно корректировать ростовой субстрат для увеличения продуктивности микроводорослей. Зная состав сточных вод или других отходов, можно добавить в биореактор минеральный элемент питания, который находится в малом количестве или вообще отсутствует. Все это позволит не просто утилизировать отходы АПК, но и снизить количество загрязняющих веществ в отходах до ПДК, а то и до нуля.

Полученная биомасса микроводорослей исследована в Курской областной ветлаборатории. Подтверждено, что она не токсична, не содержит патогенных микроорганизмов. В процессе роста микроводоросли выделяют вещества, препятствующие росту и развитию патогенных организмов.

В биореактор открытого типа, а по-простому,прямоугольныйлоток, вносиммикроводоросли вколичестве1—5% от его объема. Сверхуна лоток направляем искусственноеосвещение, состоящее измощных ламп, спектрально близкихк солнечному свету. Глубина раствора не должна превышать 15 см. Иначе света окажется недостаточно, продуктивность хлореллы уменьшится, а очистка раствора окажется неполной.Перегородка в центре лоткасоздает с помощью насоса круговорот жидкости для равномерного перемешивания культуры микроводорослей.

Углекислыйгаз через распылитель из баллона подается напрямую в жидкость. Для некоторых видов микроводорослей даже углекислота не нужна. Через 7 суток готовая продукция сливается, и процесс повторяется.

Материал, форма и размер установки зависят от возможностей конкретного предприятия.

Тел.: (****) **-**-**, (***) ***-**-**, Лукьянов Вячеслав Анатольевич. E-mail: ******** 

БЫСТРЫЙ, ТОЧНЫЙ, НАДЕЖНЫЙ

Студент МГТУ им. Н.Э.Баумана,Александр Чиркин, разработал универсальный модульный робот-манипулятор, названный им при рождении СПУТНИК.

Промышленный робот-манипулятор предназначен для различных внутрицеховых работ, которые должны выполняться с высокой точностью: раскрой листовых материалов, установка элементов на печатные платы, ЗD-печать, монтаж кабельных сетей.

Конструкция манипулятора по компоновке напоминает человеческую руку. Каждый «сустав» имеет независимый привод, называемый координатой. Таких управляемых координат у СПУТНИКА четыре. Приводами робота являются прецизионные планетарно-цевочные редукторы оригинальной конструкции, изготовленные и собранные по особой технологии.

Робот одинаково комфортно чувствует себя как в горизонтальном положении, закрепленный на полу, на потолке или на каркасном столе, так и вертикально, на стене.

Конструкцию составляют из быстрозаменяемых модулей, что позволяет не только оперативно ремонтировать, менять размеры, но и переналаживать его под новую операцию без существенных потерь рабочего времени.

СПУТНИК спроектирован по компоновке «СКАРА». Имеет 3 вращающиеся и одну вертикально перемещающуюся координаты.

Рабочие органы (фреза, захват и т.д.) крепятся на последнюю ось робота и легко заменяются, как и все его узлы.

Стоимость такого «работника» в 2—3 раза ниже по сравнению с европейскими аналогами при сохранении характеристик по точности и быстродействию.

Тел. (***) ***-**-**, Чиркин Александр, студент МГТУ. E-mail: *******

ИЗОБРЕТЕНИЯ ИЗ СТАРОГО ОСКОЛА

ЧТОБЫ НЕ ПОГАСЛО

Что будет, если залить газовое пламя или по любой другой причине перекрыть на секунду подачу газа в горелку и тут же возобновить ее? В лучшем случае суп останется недоваренным или вовсе холодным. А если вовремя не спохватиться, то и беды не миновать.

Большие промышленные печи защищены от таких неприятностей. Там в зону горения кладут шамотный кирпич. Он раскаляется до такой степени, что в случае отрыва пламени тут же его снова поджигает.

В бытовых приборах этого нет. Правда, в последних моделях уже предусмотрен механизм, перекрывающий подачу газа при отрыве пламени.

Антон Пепеляев, ученик 10-го класса из Старого Оскола нашел свое оригинальное решение. Его устройство каждые 8—10 с выдает искру для поджига. За это время максимума газа, скопившегося после отрыва пламени, хватит лишь на безобидный хлопок. Процесс горения становится непрерывным и безопасным. Устройство можно вмонтировать в старые газовые плиты, котлы, колонки, хотя, конечно, лучше предусмотреть его в производстве новой техники.

ЧТОБЫ НЕ СГОРЕЛО

Однокашник Антона и коллега в изобретательстве восьмиклассник АЛЕКСАНДР БОНДАРЕВ позаботился о безопасности наших электрических бытовых приборов. Они легко могут выйти из строя при скачках напряжения, вызванных разными переходными процессами, аварийными ситуациями на подстанции и пр.

Существующие предохранительные устройства в аварийном режиме просто отключают потребителя от сети. В предлагаемом решении после отключения продолжается контроль напряжения на входе. И как только оно достигнет нормальных значений, подача возобновляется через 8 с.

Тел.: (***) ***-**-**, (***) ***-**-**, научный руководитель Костин Геннадий Андреевич. E-mail: *********

ОДЕЯЛО НА ОКНА

В основе проекта «Энергосберегающее окно», разработанного специалистами Ивановского государственного энергетического университета, обыкновенные стандартные стеклопакеты. Только они дополнены теплоотражающим экраном с высоким сопротивлением теплопередачи. Плюс блок автоматики, управляющей этим экраном.

Ночью, когда порядочные люди спят, а то и днем, если дома никого нет, экран закрывает окно от внешнего холода. В это время можно сэкономить на обогреве жилища. Для этого управляющий сигнал поступает на регулирующий клапан радиатора или на регулятор расхода топлива. Экран можно выбрать по вкусу: панельный, рулонный или в виде жалюзи.

График работы и параметры задаете в автоматическом режиме или вручную с пульта.

Испытания в Норильске в 100-квартирном доме позволили сберечь за отопительный сезон около 500 тыс. руб.

В летнюю жару такой экран тоже пригодится, сохраняя прохладу в доме.

Пат. на п.м. ****** и др.